瓦斯基礎知識

1、瓦斯基礎知識一、礦井瓦斯基本概念1、定義：礦井瓦斯-煤在生成過程中的一種伴生氣體。廣義：凡從圍巖或礦人本（煤層）中涌入礦井內(nèi)的氣體，統(tǒng)稱瓦斯。狹義：單指甲烷（分子式：CH4）。2、瓦斯主要成分：甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮（N2）、硫化氫（H2S）、一氧化碳（CO）、氫（H2）、二氧化硫（SO2）及其它化合物及稀有氣體。3、瓦斯的性質：無色、無味、無臭。標準狀態(tài)（P=atm，t=20C0）下：容重0.716Kg/m3；比重：0.554。分子直徑：0.41nm(納米)。擴散性很強（擴散速度是空氣的1.34倍）、微溶于水（標態(tài)下：100L水可溶3.3L；0時可溶5.56L甲烷）。4、瓦斯

2、的危害：1）造成大氣污染：形成溫室效應，酸雨（甲烷是一種重要的溫室氣體，其溫室效應為二氧化碳的21倍，二氧化氮的7倍）；2）人員窒息：在空氣中CH44357%時，O2129，人員昏迷、窒息死亡；3）發(fā)生爆炸：在CH4、O2、t三個條件同時具備時，發(fā)生爆炸，爆炸壓力在密閉空間內(nèi)可達9.5atm；4）發(fā)生突出：煤巖層中瓦斯壓力超過煤巖物理機械強度時發(fā)生瓦斯突出。 5、瓦斯賦存形態(tài)（1）吸附瓦斯：以單分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和超微孔的表面上；吸附瓦斯占80%90%。（2）游離瓦斯：自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或裂隙中的瓦斯，存在于滲透容積之中附：沼氣水化物：類似可燃冰的新物質。這種化合物一旦改變

3、生存環(huán)境，條件，即刻發(fā)生還原反應(吸附解吸)，產(chǎn)生大量沼氣。二、瓦斯在開采煤層中的運移規(guī)律礦井瓦斯涌出構成關系礦井瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出回采工作面瓦斯涌出生產(chǎn)采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出掘進工作面瓦斯涌出開采層瓦斯涌出鄰近層瓦斯涌出煤壁瓦斯涌出落煤瓦斯涌出（一）煤層瓦斯流動的基本參數(shù)影響瓦斯流動的參數(shù)很多，對煤層而言，瓦斯壓力、透氣性、煤的吸附能力和孔隙率是影響瓦斯涌出的基本參數(shù)。1、煤層瓦斯壓力P瓦斯在煤層中是以具有壓力的氣體存在著的。瓦斯壓力是瓦斯流動的動力。2、煤層的滲透率K和透氣系數(shù)煤層的透氣系數(shù)是指煤層對于瓦斯流動的難易程度而言，用K表示；煤層的透氣率是表示煤結構滲透性

4、能，用表示。采掘工作引起的地應力活動能使煤層的透氣系數(shù)產(chǎn)生很大變化。在集中應力帶煤體的透氣系數(shù)可降低50%以上，而在卸壓帶范圍的可增大數(shù)千倍。由于卸壓，增大了煤層透氣系數(shù)，加速了瓦斯的流動，稱為“卸壓流動效應”。這一效應被廣泛應用于鄰近煤層和本煤層的瓦斯抽放以及預防瓦斯突出的措施中。3、煤層的瓦斯含量系數(shù)WM在一定的煤層和溫度條件下，瓦斯含量決定于瓦斯壓力。瓦斯含量和瓦斯壓力的關系，基本是一指數(shù)方程式，可用下式表示。WM= 式中：WM每立方米煤的總瓦斯含量，m3/m3（760mmHg，t）瓦斯含量系數(shù)，m3/m3·PaP瓦斯壓力（絕對壓力），Pa（二）煤層瓦斯流動的狀態(tài)1、流動場的分

5、類瓦斯在煤層中由高壓流向低壓，在煤層中形成一定的流動范圍，這一范圍稱之為流動場，即在流動場的范圍內(nèi)，瓦斯才有流動。1）單向流動：在礦井中如沿煤層開掘平巷，且煤層的厚度小于或等于巷道高度，巷道全部開切煤層，則巷道兩側瓦斯的流動都沿著垂直于巷道的方向前進，形成彼此平行，而方向相同的流網(wǎng)，這就叫單向流動。2）徑向流動：石門或鉆孔垂直貫穿煤層，在煤中形成同心圓狀的瓦斯壓力等壓線，這種流態(tài)就叫做徑向流動，徑向流動是平面流動。3）球向流動：特厚煤層巷道掘進工作面的迎頭和鉆孔孔底以及煤塊的瓦斯放散都屬于這一類，在煤體中形成同心球狀的等壓線分布，而流線則呈放射網(wǎng)狀。流動場從時間上來說，分為穩(wěn)定和不穩(wěn)定兩種。穩(wěn)

6、定流動場就是有固定的瓦斯源，在流動場中任何一點的流速和壓力不隨時間而變。相反地，不穩(wěn)定流動場沒有外來的瓦斯來源，而是由流動場內(nèi)本身供給的，因此流動場隨流動時間而變化。嚴格說來，煤層中的瓦斯流動都是不穩(wěn)定的，因為瓦斯的來源來自流動場本身所含有的瓦斯，所以瓦斯涌出量也是隨時間不斷衰減的。2、煤層中瓦斯壓力的分布和對突出的影響在徑向流動場中，瓦斯從四面八方匯集于鉆孔中，因此在鉆孔周圍形成很高的瓦斯壓力梯度，這就是在排瓦斯鉆孔周圍不遠處，即能測到很高的瓦斯壓力。掘進巷道的前方，在地應力作用下，能產(chǎn)生卸壓帶、集中應力帶和常壓帶，在卸壓帶中煤體透氣系數(shù)增大，集中壓力帶中透氣系數(shù)降低。在卸壓帶瓦斯壓力梯度是

7、平緩的，在集中應力帶瓦斯壓力梯度顯著增大，在工作面前方，卸壓帶的作用相當于預防突出的緩沖區(qū)域，因此卸壓帶的寬度對是否能發(fā)生突出具有重要意義。三、瓦斯涌出（一）瓦斯涌出形式根據(jù)其特點可分為：1、涌出；2、噴出：3、煤（巖）與瓦斯突出。（二）瓦斯等級的劃分：根據(jù)礦井相對瓦斯涌出量、絕對瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式劃分：1、低瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且礦井絕對瓦斯涌出量小于或等40m3/min。2、高瓦斯礦井：礦井相對瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對瓦斯涌出量大于40m3/min。3、煤與瓦斯突出礦井。（三）影響瓦斯涌出量的因素：1、煤層瓦斯含量：煤層瓦斯含量越大，瓦斯涌出量就越大。2、開采規(guī)模：開采規(guī)模大，范圍廣，瓦斯涌出量就大。3、地面大氣壓力變化：大氣壓力增大，