1、辽北技师学院辽北技师学院第一章第一章 煤层瓦斯的赋存与含量煤层瓦斯的赋存与含量1.11.1瓦斯概念及性质瓦斯概念及性质1.21.2煤层瓦斯的生成和赋存煤层瓦斯的生成和赋存1.31.3煤层瓦斯压力及其测定煤层瓦斯压力及其测定1.41.4煤层瓦斯含量及其测定煤层瓦斯含量及其测定v一、瓦斯的概念一、瓦斯的概念v矿井瓦斯：矿井瓦斯：矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体总称，有时单独指甲烷。矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体总称，有时单独指甲烷。v二、矿井瓦斯性质二、矿井瓦斯性质v1.物理化学性质物理化学性质v （1）无色、无味、无毒的气体；能燃烧、会爆炸。）无色、无味、无毒的气体；能
2、燃烧、会爆炸。v （2）渗透性与扩散性强；难溶于水；比空气轻，通风不良时易积存在巷道的顶部。）渗透性与扩散性强；难溶于水；比空气轻，通风不良时易积存在巷道的顶部。v （3）甲烷是重要的能源之一，可做燃料和化工原料。）甲烷是重要的能源之一，可做燃料和化工原料。v 2.灾害性灾害性v （1）燃烧：混合空气）燃烧：混合空气CH4浓度浓度5%，或，或 15%；v （2）爆炸：混合空气）爆炸：混合空气CH4浓度浓度5%15%；v （3）窒息：混合空气）窒息：混合空气CH4浓度浓度40%；v （4）喷出或突出危险性：煤层瓦斯压力）喷出或突出危险性：煤层瓦斯压力 0.74MPa。v （5）温室效应：仅次于氟
3、利昂，是）温室效应：仅次于氟利昂，是CO2的的25-30倍。倍。1.1 煤层瓦斯的概念及性质煤层瓦斯的概念及性质在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过超过65的条件下，被厌氧微生物分的条件下，被厌氧微生物分解为解为CH4、CO2和和H2O。泥炭时期埋。泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。随着煤系地层的沉降及所处压力和温随着煤系地层的沉
4、降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤度的增加，泥炭转化为褐煤.有机物在有机物在高温、高压作用下，处于变质造气时高温、高压作用下，处于变质造气时期，挥发分减少，固定碳增加，生成期，挥发分减少，固定碳增加，生成的气体主要为的气体主要为CH4和和CO2。1.2 煤层瓦斯生成和赋存煤层瓦斯生成和赋存生成过程生成过程：植物遗体植物遗体生物化学作用生物化学作用（温度（温度6565以下、常压、埋深浅；生成以下、常压、埋深浅；生成腐泥、泥炭，瓦斯）腐泥、泥炭，瓦斯）煤化变质作用煤化变质作用（高温、高压、埋藏深；生成褐煤、烟（高温、高压、埋藏深；生成褐煤、烟煤和无烟煤，瓦斯）煤和无烟煤，瓦斯）1.2 煤层瓦
5、斯生成和赋存煤层瓦斯生成和赋存6吸附瓦斯吸附瓦斯游离瓦斯游离瓦斯吸收状态吸收状态吸着状态吸着状态带名带名（从上到下）（从上到下）气带成因气带成因CO2N2CH4（按体积）（按体积）%（按体积）（按体积）%（按体积）（按体积）%CO2-N2空气空气生化成因生化成因20802080010N2空气成因空气成因02080100020N2-CH4变质成因变质成因02020802080CH4变质成因变质成因01002080100瓦斯风化带瓦斯风化带下部边界确定下部边界确定煤层内的瓦斯压力为煤层内的瓦斯压力为0.10.15MPa在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达
6、到瓦斯涌出量达到2m3/t煤的瓦斯含量达到煤的瓦斯含量达到23 m3/t（烟煤）（烟煤）和和57 m3/t（无烟煤）（无烟煤）煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）（体积比）1.3煤层瓦斯压力及其测定煤层瓦斯压力及其测定()00+=HHmPP102004006008001000 地质构造地质构造 地质构造地质构造 煤的变质程度煤的变质程度煤层围岩性质煤层围岩性质煤层赋存条件煤层赋存条件水文地质条件水文地质条件地质构造地质构造直接方法直接方法间接方法间接方法地勘方法地勘方法井下方法井下方法按方法特按方法特点分点分按应用范围分按应用范围分井下钻屑井下钻
7、屑解吸法解吸法(A)井下钻屑井下钻屑解吸法解吸法(B)井下钻屑井下钻屑解吸法解吸法(C)仅适用于仅适用于k1的煤层，要推的煤层，要推算取样损失量、算取样损失量、测定残存瓦斯测定残存瓦斯量，测定周期量，测定周期长。长。适应于所有煤层。适应于所有煤层。要推算煤样在取要推算煤样在取样过程中的损失样过程中的损失量量Q2、煤样解吸、煤样解吸测定终了后的残测定终了后的残存瓦斯量存瓦斯量Q3Q4。不需要推算损失不需要推算损失瓦斯量和测定残瓦斯量和测定残存瓦斯量存瓦斯量,测定周测定周期仅期仅1530min采样采样测定步骤测定步骤 负压取样器负压取样器皂膜流量计皂膜流量计根据煤层瓦斯压力和煤的吸附等温线确定根据
8、煤层瓦斯压力和煤的吸附等温线确定煤的瓦斯含量煤的瓦斯含量kKpeMbpabpXttnads1031.0111)(采样采样测定步骤测定步骤 测定不同平衡瓦测定不同平衡瓦斯压力下煤样解斯压力下煤样解吸瓦斯量吸瓦斯量计算煤的瓦斯含计算煤的瓦斯含量系数量系数煤样吸附平衡煤样吸附平衡含量系数法含量系数法pX根据煤的残存瓦斯含量推算根据煤的残存瓦斯含量推算煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量当实测残存瓦斯含量当实测残存瓦斯含量3m3m3 3/tf/tf：X X0 01.33Xc1.33Xc当实测残存瓦斯含量当实测残存瓦斯含量3m3m3 3/tf/tf：X X0 02.05Xc-2.17cc2.05Xc-2.17cc计算公式计算公式 技术关键技术关键直接测定法与间接测定法的比较直接测定法与间接测定法的比较直接测定法直接测定法间接测定间接测定
