1、1主讲：陈向军 副教授、博士、总工程师河南理工大学瓦斯防治技术及装备研究所23一、矿井瓦斯的概念与性质1.矿井瓦斯的概念广义：广义：狭义：狭义：矿井有毒有害气体的总称。专指甲烷。煤层、围岩瓦斯能涌出到矿井的部分：CH4、CO2等生产过程中生成的气体：炮烟、内燃机尾气、充电氢气化学、生物反应生成的气体：煤自燃（CO）、矿物质氧化（SO2、H2S）、坑木等腐烂放射性物质蜕变过程中生成的气体：Rn（氡）、He（氦）瓦斯来源瓦斯，又称甲烷，或沼气，CH4，Gas瓦斯概念4一、矿井瓦斯的概念与性质1.矿井瓦斯的概念可燃可爆气体:有毒性气体：烃类气体，如CH4、链烷烃（CnHn+2）、环烷烃（CnH2n）
2、、烯烃、炔烃、芳香烃等。其他气体，H2、CO、H2S等CO、H2S、SO2、NH3、NO2、NO等矿井气体的分类窒息性气体：放射性气体：N2、CH4、CO2、H2等Rn 有的气体既是可燃可爆气体，又是有毒性气体和窒息性气体。上述气体统称为有毒有害气体。5一、矿井瓦斯的概念与性质2.甲烷的性质无色、无味、无嗅的气体。窒息性气体：CH4：0%O2：21%N2：79%甲烷的性质分子直径：0.41nm扩散性：是空气的1.34倍可燃可爆性气体：5%-15%，15%燃烧CH4：43%O2：12%N2：45%CH4：57%O2：9%N2：34%正常呼吸空气呼吸困难昏迷、死亡密度：0.716kg/m3（标况）
3、，是空气的0.554倍。微溶于水：3.31L/100L（20），5.56L/100L（0）。化学性质不活泼，稳定，不会自然分解、氧化或反应。6二、煤层瓦斯的生成1.煤是怎样形成的？煤是腐植型有机物在经受长期的地层高温、高压作用，并经过漫长的变质作用形成的。植物遗体泥炭生物化学成气时期泥炭褐煤烟煤(长焰、气、肥、焦、贫、瘦)无烟煤成煤过程成气时期煤化变质作用成气时期7二、煤层瓦斯的生成2.煤层中的瓦斯是怎样形成的？煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中形成的。生物化学成气时期：植物在厌氧、潮湿，温度小于65的条件下产生瓦斯。OH3OHCCO8CH7OHC426924655106（类烟煤）微生物隔绝空
4、气，（纤维素）特点：成煤物质埋藏浅、固结性差、透气性好，生成的瓦斯难以保存。沼泽、三角洲8二、煤层瓦斯的生成2.煤层中的瓦斯是怎样形成的？煤化变质作用成气时期：褐煤层进一步沉降，在高温及地层压力在下，便进入变质作用造气阶段。变质初期：基本单元变质初期：基本单元侧链和官能团的缩合稠环芳烃体系。侧链和官能团的缩合稠环芳烃体系。羟基（-OH）甲基（-CH3）羧基（-COOH）醚基（-O-）键力强稳定键力弱不稳定易断裂易脱落OHCH2HCOHCOH3COCH2OHCOHCOH2CH3CO4OHCOHC42441314152245423410585724210585751816无烟煤褐煤烟煤褐煤褐煤泥炭
5、9二、煤层瓦斯的生成2.煤层中的瓦斯是怎样形成的？煤化变质作用成气时期：变质中后期：变质中后期：在瓦斯产出的同时，芳核进一步缩合，碳元素进一步集中在碳在瓦斯产出的同时，芳核进一步缩合，碳元素进一步集中在碳 网中。随着煤化变质作用的加深，基本结构单元中的缩聚芳核网中。随着煤化变质作用的加深，基本结构单元中的缩聚芳核 的数目不断增加，到无烟煤时，主要由缩聚芳核组成。的数目不断增加，到无烟煤时，主要由缩聚芳核组成。10二、煤层瓦斯的生成3.不同成煤期的瓦斯生成量煤化煤化阶段阶段褐褐煤煤长长焰焰煤煤气气煤煤肥煤肥煤焦煤焦煤瘦瘦煤煤贫煤贫煤半无半无烟煤烟煤无烟无烟煤煤成气阶段（期）成气阶段（期）CH4重
6、烃重烃CO2+COIIIIII 前苏联B.A.乌斯别斯基根据地球化学与煤化作用过程反应物与生成物平衡原理，计算的甲烷生成量。前苏联BA索科洛夫等人给出的腐植煤在煤化变质各阶段成气的一般模式。连续生成不连续生成11二、煤层瓦斯的生成3.不同成煤期的瓦斯生成量试验单位未变质煤低变质煤中变质煤高变质煤褐煤长焰煤气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤煤炭科学研究总院地质勘探分院（1987年）38-68*3-2541-9310-5448-12227-10265-17055-17093-238108-246146-413134-333172-401268-393306-461石油开发研究院（1985年）38-68*4
7、-3142-997-5845-12626-10864-17648-17686-24486-230124-298114-321152-389168-390206-458地质矿产部石油地质研究所（1985年，舒兰褐煤）0.551.064.2524.3255.994.77127.72221.13兰州地质研究所（1986年，乌苏褐煤）1.612.494.1022.9224.5353.0454.65113.57115.18183.34184.95325.23326.84我国部分煤的热模拟实验产期结果我国部分煤的热模拟实验产期结果*引用国外文献数据。表中数据：阶段产气量/累计产气量/(m3/t)12三、煤
8、层瓦斯赋存的垂向分带1.煤层甲烷赋存吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态13三、煤层瓦斯赋存的垂向分带1.煤层甲烷赋存煤中瓦斯的赋存状态一般有吸附状态和游离状态2种。在煤层赋存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占8090，游离瓦斯量占1020；游离瓦斯以自由气体形式存在（孔径大于10nm）内；吸附瓦斯分为吸着状态与吸收状态；在吸附瓦斯量中又以煤体表面吸着的瓦斯量占多数。14三、煤层瓦斯赋存的垂向分带1.煤层甲烷赋存P or tP or t15三、煤层瓦斯赋存的垂向分带2.煤层甲烷垂向分带CH4CH4CH4CH4N2O2CH4瓦斯风化带瓦斯风化带甲烷带甲烷带形成原因：当形成原因：当煤层直达地表煤层直达地表或
9、直接为透气或直接为透气性较好的第四性较好的第四系冲积层覆盖系冲积层覆盖时，由于煤层时，由于煤层中瓦斯向上运中瓦斯向上运移和地面空气移和地面空气向煤层中渗透，向煤层中渗透，使煤层内的瓦使煤层内的瓦斯呈现出垂直斯呈现出垂直分带特征。分带特征。16三、煤层瓦斯赋存的垂向分带2.煤层瓦斯的垂直分带特征CO2N2CH4CH4N2CO20 0.5 1.0 1.5 2.0 ml/g0 20 40 60%瓦斯含量瓦斯浓度瓦瓦斯斯风风化化带带甲甲烷烷带带CO2-N2带带N2带带N2-CH4带带CH4带带17三、煤层瓦斯赋存的垂向分带2.煤层瓦斯的垂直分带特征18三、煤层瓦斯赋存的垂向分带2.煤层瓦斯的垂直分带特
10、征矿区煤质牌号煤层倾角()瓦斯风化带深度(m)抚顺长焰煤、气煤80180205北票（台吉）气煤60115150南桐（鱼田堡）瘦煤3070涟邵（洪山殿）贫煤30130红卫（里王庙）无烟煤25-3015郴州（三五矿）无烟煤6015焦作（焦西）无烟煤12180我国部分矿区的瓦斯风化带深度表我国部分矿区的瓦斯风化带深度表不同矿区瓦斯带深度变化很大19三、煤层瓦斯赋存的垂向分带3.瓦斯风化带的特征我国确定瓦斯风化带下部边界时主要我国确定瓦斯风化带下部边界时主要采用如下指标采用如下指标：瓦斯风化带下部边界确定煤层内的瓦斯压力为0.10.15MPa煤的瓦斯含量达到23 m3/t（烟煤）和57 m3/t（无烟
11、煤）煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2m3/t20三、煤层瓦斯赋存的垂向分带3.瓦斯风化带的特征我国确定瓦斯风化带下部边界时含量指标我国确定瓦斯风化带下部边界时含量指标：瓦斯含量（煤芯中的甲烷含量）X：气煤 X=1.52.0m3/t；肥煤与焦煤 X=2.02.5m3/t可燃物；瘦煤 X=2.53.0m3/t可燃物；贫煤 X=3.04.0m3/t可燃物；无烟煤 X=5.07.0m3/t。21三、煤层瓦斯赋存的垂向分带4.甲烷带的特征（1）煤层瓦斯含量随埋深增加而增大；）煤层瓦斯含量随埋深增加而增大；（2）煤层瓦斯压力随埋深增加而增
12、大；）煤层瓦斯压力随埋深增加而增大；（3）矿井相对瓦斯涌出量随埋深增大而增大；）矿井相对瓦斯涌出量随埋深增大而增大；（4）随着埋深增加，有可能出现瓦斯异常涌出、瓦斯喷出、甚至）随着埋深增加，有可能出现瓦斯异常涌出、瓦斯喷出、甚至瓦斯突出的情况。瓦斯突出的情况。22四、煤层瓦斯压力1.煤层瓦斯压力的定义与意义（1 1）定义）定义 煤层孔隙内煤层孔隙内气体分子自由热运动气体分子自由热运动撞击所产生的作用力，它在某一点上撞击所产生的作用力，它在某一点上各向大小相等，方向与孔团壁垂直。各向大小相等，方向与孔团壁垂直。（2 2）实质）实质 煤层中的煤层中的游离瓦斯游离瓦斯（气态）所呈现出来的压力。吸附态
13、瓦斯由于失去（气态）所呈现出来的压力。吸附态瓦斯由于失去了气态属性，对外不呈现压力。了气态属性，对外不呈现压力。（3 3）意义）意义 煤层瓦斯压力是含量的决定因素，也是瓦斯流动的动力源，同时也是煤层瓦斯压力是含量的决定因素，也是瓦斯流动的动力源，同时也是瓦斯突出的重要能量来源之一。瓦斯突出的重要能量来源之一。（4 4）重要性）重要性 是瓦斯防治技术领域最重要的基础参数之一，研究瓦斯储量、瓦斯涌是瓦斯防治技术领域最重要的基础参数之一，研究瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯油放与瓦斯突出问题均需要该参数。出、瓦斯流动、瓦斯油放与瓦斯突出问题均需要该参数。23四、煤层瓦斯压力2.国内外煤层瓦斯压力概
14、况 迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：8.25MPa8.25MPa，北票台吉矿，北票台吉矿-550-550水平，水平，埋深埋深729m729m；世界实测最大瓦斯压力：世界实测最大瓦斯压力：13.6MPa13.6MPa，乌克兰顿巴斯彼得罗夫深矿，乌克兰顿巴斯彼得罗夫深矿，1425m1425m。矿区南桐中梁山松藻天府芙蓉六枝鸡西瓦斯压力（MPa）1.55-6.02.0-4.471.60-1.951.2-8.01.95-3.21.32-1.983.70-5.00矿区水城白沙涟邵乐平淮南焦作平顶山瓦斯压力（MPa）1.10-2.400.87-0.951.46-2.401.
15、53-2.100.76-5.850.74-1.431.40-2.07矿区阳泉开滦铁法阜新北票抚顺鹤岗瓦斯压力（MPa）0.05-2.452.08-2.653.69-4.101.30-1.902.10-8.250.80-4.610.50-4.50国内主要矿区煤层瓦斯压力实测结果国内主要矿区煤层瓦斯压力实测结果24四、煤层瓦斯压力3.煤层瓦斯压力随深度的变化规律 甲烷带内，同一煤层同一地质单元内瓦斯压力随深度加深而增大，多甲烷带内，同一煤层同一地质单元内瓦斯压力随深度加深而增大，多数呈线性规律。数呈线性规律。式中式中:p甲烷带内埋深为甲烷带内埋深为H处的煤层瓦斯压力，处的煤层瓦斯压力，MPa；p
16、甲烷带内埋深为甲烷带内埋深为H 处的煤层瓦斯压力，处的煤层瓦斯压力，MPa；p0风化带深度风化带深度H0处的瓦斯压力，处的瓦斯压力，MPa；C瓦斯压力梯度，瓦斯压力梯度，MPa/m。注意：甲烷带内；同一地质单元内；同一煤层。注意：甲烷带内；同一地质单元内；同一煤层。)()(00HHCppHHCpp25四、煤层瓦斯压力3.煤层瓦斯压力随深度的变化规律)()(00HHCppHHCpp26四、煤层瓦斯压力4.煤层瓦斯压力测定概述（1）测定方法）测定方法 分为直接测定法和间接测定法。分为直接测定法和间接测定法。直接测定法：直接测定法：通过在煤层内打钻、封孔、压力恢复测定煤层瓦斯压通过在煤层内打钻、封孔
17、、压力恢复测定煤层瓦斯压力的方法。力的方法。间接测定法：间接测定法：利用已知的煤层瓦斯含量、吸附常数、煤质参数等进利用已知的煤层瓦斯含量、吸附常数、煤质参数等进行计算的方法。行计算的方法。Aad煤的通风干燥基灰分，%；Mad煤的通风干燥基水分，%；煤的孔隙率，%；煤的容重，t/m3。PMMAbPabPXadadad1031.011100100127四、煤层瓦斯压力4.煤层瓦斯压力测定概述（2）打钻）打钻 最理想的钻孔应最理想的钻孔应布置在没有构造、围岩布置在没有构造、围岩完整的岩层中，通过穿完整的岩层中，通过穿岩钻孔测压，封孔效果岩钻孔测压，封孔效果好，测压成功率高。岩好，测压成功率高。岩柱长
18、度不小于柱长度不小于5m。最理想的测压地最理想的测压地点是石门揭煤前。点是石门揭煤前。28四、煤层瓦斯压力4.煤层瓦斯压力测定概述（3）封孔）封孔 1、黄泥封孔、黄泥封孔2、水泥砂浆封孔、水泥砂浆封孔3、聚氨酯封孔、聚氨酯封孔6、胶圈、胶圈-粘液封孔器粘液封孔器7、囊带式封孔器、囊带式封孔器4、机械式胶圈封孔器、机械式胶圈封孔器5、充液式胶圈封孔器、充液式胶圈封孔器充填封孔法充填封孔法封孔器法封孔器法封封孔孔法法方方法法压压力力恢恢复复方方法法主动测压法主动测压法被动测压法被动测压法29五、煤层瓦斯含量1.瓦斯在煤层中的赋存状态吸附在微孔表面、基质内分子间空穴；吸附在微孔表面、基质内分子间空穴
19、；与煤形成固溶体，以非气态存在；与煤形成固溶体，以非气态存在；是煤层瓦斯含量的主要组成，占是煤层瓦斯含量的主要组成，占90%以上。以上。瓦瓦斯斯赋赋存存状状态态1、游离瓦斯、游离瓦斯2、吸附瓦斯、吸附瓦斯3、瓦斯水合、瓦斯水合物晶体物晶体自由空间内，呈气态，服从气态方程；自由空间内，呈气态，服从气态方程；占总瓦斯含量的占总瓦斯含量的5-12%。亦称亦称“可燃冰可燃冰”，结构：，结构：8M46H2O，M代表烃；代表烃；密度密度0.88-0.90 cm3/g，能以爆炸形式分解；，能以爆炸形式分解；存在环境：高压、低温。煤层中少见，海底可见。存在环境：高压、低温。煤层中少见，海底可见。30五、煤层瓦
20、斯含量2.煤层瓦斯含量（1）瓦斯含量概念）瓦斯含量概念 单位质量或体积的煤中所含的瓦斯量，单位质量或体积的煤中所含的瓦斯量，m3/m3，m3/t。（2）游离瓦斯含量）游离瓦斯含量 煤中包含的煤中包含的游离瓦斯游离瓦斯含量，按气态方程计算：含量，按气态方程计算：式中：Xy煤的游离瓦斯含量，m3/t；Vp单位质量煤的孔隙容积，m3/t；p,T瓦斯温度和煤层瓦斯压力，K，MPa；T0,p0标准状况下的绝对温度和压力，273K，0.101325Pa；甲烷的压缩系数。00TppTVXpy31（3）吸附瓦斯含量）吸附瓦斯含量 按按Langumir方程计算并应考虑煤中水分、可燃物百分比、温度的影响方程计算并
21、应考虑煤中水分、可燃物百分比、温度的影响系数而计算的：系数而计算的：（4）煤层瓦斯含量）煤层瓦斯含量 游离含量与吸附含量之和：游离含量与吸附含量之和：五、煤层瓦斯含量pnWAWebpabpXttnx07.0993.002.010010031.0111)(0，2.煤层瓦斯含量xyXXX32五、煤层瓦斯含量3.瓦斯含量含量测定方法概述直接直接测定法测定法简接简接测定法测定法技术要点：技术要点：根据根据瓦斯压力瓦斯压力、吸附常数（、吸附常数（a,b值）、煤质参值）、煤质参 数等，按照公式计算煤层瓦斯压力的方法。数等，按照公式计算煤层瓦斯压力的方法。技术关键：技术关键：各种基础参数的准确测定。各种基础
22、参数的准确测定。技术要点：技术要点：采用打钻、采用打钻、取钻屑取钻屑、测定瓦斯解吸规律、推、测定瓦斯解吸规律、推 算损失瓦斯量、真空抽气测定残存瓦斯量。算损失瓦斯量、真空抽气测定残存瓦斯量。技术关键：技术关键：取样技术。取样技术。GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法煤层瓦斯含量井下直接测定方法33五、煤层瓦斯含量 相关仪器装备相关仪器装备34五、煤层瓦斯含量温度计 相关仪器装备相关仪器装备空盒气压计秒表煤样罐穿刺针头35五、煤层瓦斯含量1）取芯钻头取煤芯）取芯钻头取煤芯2）普通实心钻头孔）普通实心钻头孔口接样口接样 煤样采取煤样采取36七、煤层瓦斯含量 1）装样时间在2
23、min 内完成；2）自然接样，不得压实；3）装样高度距罐口10mm；4）确保罐口、“O”型圈清洁，无煤粒粘附；5）先穿刺，后拧盖；6）拧盖时保持罐竖直状态；7）解吸完毕后，上紧穿刺压垫和煤样罐盖；8）记录采样信息、时间等，贴标签。煤样装罐煤样装罐 37五、煤层瓦斯含量 1）初始水面提到0刻度；2）定时记录量管水面下降高度，连续观测2h；3）前5min内，每0.51min记录一次；5min1h，视情况每25min记录一次；1h后，每2030min记录一次。4）为避免送往实验室期间罐内压力上升漏气，升井后在地面再解吸24h，只记总解吸量；5）详细记录解吸时温度、气压等参数。煤样现场解吸煤样现场解吸
24、 38五、煤层瓦斯含量 现场解吸记录现场解吸记录 1）样品编号：唯一性）样品编号：唯一性2）采样地点：矿、采区、工作面、巷）采样地点：矿、采区、工作面、巷道（道（XXXX m处）处）3）钻取深度：）钻取深度：4）开始取样时间：）开始取样时间：5）开始解吸时间：）开始解吸时间：6）解吸时间）解吸时间累计解吸量累计解吸量7）解吸结束时间）解吸结束时间8）采样过程描述）采样过程描述9）采样地点地质描述）采样地点地质描述10）采样地点煤质描述）采样地点煤质描述11）地面解吸时间）地面解吸时间总解吸量总解吸量39五、煤层瓦斯含量 1）、）、法法：在解吸最初一段时间内，煤样解吸瓦斯量与解吸时间的次方呈线性
25、关系，通过该线性特征推算煤样从煤体剥落到开始解吸时间段内的损失瓦斯量。t 采样过程瓦斯损失量推算采样过程瓦斯损失量推算 损失量时当AVttBAV ,040五、煤层瓦斯含量 煤样罐中剩余瓦斯含量的实验室测定方法煤样罐中剩余瓦斯含量的实验室测定方法 取样时损失量取样时损失量 现场解吸量现场解吸量 粉碎前脱气量 粉碎后脱气量 真空脱气法 常压自然解吸法取样时损失量取样时损失量现场解吸量现场解吸量粉碎前解吸量粉碎后解吸量1atm残存解吸量41五、煤层瓦斯含量 煤样罐中剩余瓦斯含量的实验室测定煤样罐中剩余瓦斯含量的实验室测定真空脱气法真空脱气法42五、煤层瓦斯含量1）煤样从密封罐内倒出，装入球磨罐中，确
26、保密封性良好；2）球磨罐安装到球磨机上进行煤样粉碎；3）粉碎后煤样进行真空脱气；4）称重，进行工业分析。煤样罐中剩余瓦斯含量的实验室测定煤样罐中剩余瓦斯含量的实验室测定真空脱气法真空脱气法43六、影响煤层瓦斯含量的主要因素储储生生煤层倾角：煤层倾角：倾角越大，瓦斯沿煤层运移逸散条件好，瓦斯含量低。倾角越大，瓦斯沿煤层运移逸散条件好，瓦斯含量低。盖盖瓦斯的生成量：瓦斯的生成量：煤中的瓦斯生成量与煤的变质程度有关，变质程度煤中的瓦斯生成量与煤的变质程度有关，变质程度越高煤中瓦斯生成量就越大。越高煤中瓦斯生成量就越大。上覆岩层性质：上覆岩层性质：煤中生成的大量瓦斯有多少逸散到大气中，主要取煤中生成的
27、大量瓦斯有多少逸散到大气中，主要取决于上覆岩层的性质，上覆岩层岩性质密，透气性决于上覆岩层的性质，上覆岩层岩性质密，透气性差，则瓦斯难以逸散。差，则瓦斯难以逸散。埋藏深度：埋藏深度：埋藏越深，瓦斯含量越大。埋藏越深，瓦斯含量越大。煤层露头：煤层露头：煤层露头是瓦斯逸散最好的通道。煤层露头是瓦斯逸散最好的通道。地质构造：地质构造：断层、褶曲等地质构造对瓦斯含量的影响较大。断层、褶曲等地质构造对瓦斯含量的影响较大。水文地质：水文地质：瓦斯微溶于水，长期的地下水冲刷，可带走大量的瓦斯。瓦斯微溶于水，长期的地下水冲刷，可带走大量的瓦斯。44六、影响煤层瓦斯含量的主要因素1.煤的变质程度（1）瓦斯生成量
28、：变质程度越高，瓦斯生成量越大，保留下来的瓦斯量相对也较大；（2）瓦斯吸附性：变质程度越高，对瓦斯的吸附能力越大，瓦斯解吸、逸散的可能性相对较小；（3）煤瓦斯含量：从国内外煤层瓦斯赋存情况来看，高变质程度的煤的瓦斯含量较大。如晋城、潞安、阳泉、焦作等无烟煤矿区，煤层瓦斯含量普遍较大，一般在2030m3/t之间；而兖州、龙口等典型的褐煤矿区，一般瓦斯含量普遍较小，一般不超过5m3/t。高变质无烟煤：无烟煤变质程度继续加深后，煤的结构发生了质的变化，碳分子紧密排列，煤的孔隙率降低，挥发分降低至3%以下，对瓦斯吸附能力急剧减小，瓦斯含量普遍极低。45六、影响煤层瓦斯含量的主要因素1.煤的变质程度46
29、六、影响煤层瓦斯含量的主要因素2.煤层和围岩的透气性（1）砂岩类：砂岩透气性系数可达2092000m2/MPa2d，透气性好，煤层直接顶有较丰富的砂岩覆盖时，往往煤层瓦斯含量较低；（2）泥岩类：泥岩、油母页岩等透气性差，有利于瓦斯的保存；比较内容大同煤田抚顺煤田变质程度高变质程度焦煤（1/3焦、弱粘）中低变质程度气煤瓦斯生成量大小瓦斯吸附能力强较弱煤层平均厚度6-9m70m顶底板岩性砂岩、砾岩、砂页岩质密的油母页岩、绿色页岩煤层瓦斯含量瓦斯含量地，属低瓦斯矿区瓦斯含量高，属高瓦斯突出矿区典型实例：大同煤田与抚顺煤田的煤层瓦斯含量及差异性比较47六、影响煤层瓦斯含量的主要因素2.煤层和围岩的透气
30、性（3）灰 岩：灰岩透气性差异较大，透气性好的灰岩，具有较大的储气能力。如阳泉北部矿区，K3、K4灰岩分布较广的区域，矿井瓦斯涌出量大幅度增加，其中来自邻近灰岩层的瓦斯占有很大的比例。（4）煤 层：煤层的透气性比大多数围岩透气性要好，因此，煤层是瓦斯运移和逸散的主要通道。煤层透气性差的矿区，往往瓦斯含量较大。我国大多数高瓦斯突出矿井煤层属于松软低透气煤层。48六、影响煤层瓦斯含量的主要因素3.埋藏深度（1）埋藏越深，运移距离越长：无论煤层中的瓦斯是沿着煤层运移，还是通过上覆岩层、构造破碎带逸散，埋藏深度越深，运移和逸散的距离越长，阻力越大，保留在煤层中的瓦斯也越多。（2）埋藏越深，地层压力越大
31、：在高地应力作用下，煤层、地层中的孔隙被压缩，瓦斯运移的阻力大幅度增加。49六、影响煤层瓦斯含量的主要因素3.埋藏深度（3）煤层瓦斯含量随埋深的变化规律 埋藏较浅时，瓦斯含量与埋深呈线性关系。距地表深度H（m）500 600 700 800 900 1000 1100 1200876543210瓦斯含量X(m /t)3顶板硬煤X=0.0106H-4.94r=0.9850六、影响煤层瓦斯含量的主要因素3.埋藏深度（3）煤层瓦斯含量随埋深的变化规律 埋藏较深时，随着埋深的增加，瓦斯含量逐渐趋向于煤的极限吸附量，呈Langmuir曲线。瓦斯含量X(m /t)距地表深度H（m）3020100100 2
32、00 300 400 500 600 700109876543251六、影响煤层瓦斯含量的主要因素4.煤层倾角（1）倾角大，有利于瓦斯逸散：瓦斯密度轻，容易向上运移和逸散，当煤层倾角大时，有利于瓦斯沿煤层向地面或露头方向逸散。（2）倾角大，多数遭受过剧烈地层抬升过程：地层的剧烈抬升、隆起等造山运动过程中，煤层被不均匀抬升，修理工丰富的裂隙、构造等瓦斯逸散通道，使大部分瓦斯得以释放。例如笑蓉煤矿北翼煤层倾角陡(4080)，相对瓦斯涌出量约20m3/t，无瓦斯突出现象；而南翼煤层倾角缓(612)，相对瓦斯涌出量达150m3/t，而且发生瓦斯突出。52六、影响煤层瓦斯含量的主要因素5.煤层露头煤层露
33、头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越多，反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量较高。例如中梁山煤田，煤层无露头，而且为覆舟(背斜)状构造，所以煤层瓦斯含量大。53六、影响煤层瓦斯含量的主要因素6.地质构造（1）褶曲半封闭背斜、向斜转折区煤层瓦斯半封闭背斜、向斜转折区煤层瓦斯含量分布示意图含量分布示意图1-瓦斯含量增大区；2-瓦斯含量正常区；3-瓦斯含量减小区；4-瓦斯含量等值线。a）在闭合和半闭合背斜转折区，由于煤层瓦斯运移路线加长和瓦斯排出口不断缩小，增大了瓦斯移动的阻力。因此，轴部比两翼瓦斯含量大。b）在向斜转折区则恰恰相反。由于供应瓦斯区域减小，瓦斯排出口扩大，导致轴部比两翼
34、瓦斯含量小。54六、影响煤层瓦斯含量的主要因素6.地质构造（1）褶曲55六、影响煤层瓦斯含量的主要因素6.地质构造（2）断层断层开放性断层封闭性断层是瓦斯逸散的主要通道瓦斯含量减小隔断了瓦斯逸散的通道瓦斯含量增大张性断层压性、扭性断层充填物接触盘接触地层56六、影响煤层瓦斯含量的主要因素6.地质构造（2）断层57六、影响煤层瓦斯含量的主要因素7.地层的地质变迁史（1）地层交替的沉降和隆起的变迁过程：有的含煤地层曾经被隆起，形成较丰富的裂隙通道或开放性断裂构造，瓦斯经过了较长时间的释放。后地层再次沉降，裂隙通道重新闭合，开放型断层转换为封闭型断层，没有释放的瓦斯得以封存。因此就出现了封闭型断层附
35、近瓦斯含量反而降低的现象。（2）古沉积环境：海陆交相沉积环境：海相沉积地层沉积物粒度细，地层透气性差。成煤物沉积后，上覆盖层往往也是泥岩、灰岩等质密的岩层。陆相沉积环境：地层整体性遭到破坏，往往以碎粒岩为主，透气性好，瓦斯含量低。58六、影响煤层瓦斯含量的主要因素8.水文地质 水溶解、驱替、携带瓦斯，使瓦斯含量降低。水吸附于孔隙表面，阻碍了瓦斯解吸。“水大瓦斯小，水小瓦斯大”59瓦斯瓦斯灾害灾害人员窒息人员窒息瓦斯爆炸瓦斯爆炸瓦斯突出瓦斯突出燃烧燃烧有毒有毒七、瓦斯危害60瓦斯爆炸瓦斯爆炸2012年年8月月29日日17时时38分，四川省攀枝花市西区分，四川省攀枝花市西区正金工贸有限责任公司肖家
36、湾煤矿发生特别重大瓦正金工贸有限责任公司肖家湾煤矿发生特别重大瓦斯爆炸事故，斯爆炸事故，造成造成48人死亡、人死亡、54人受伤，人受伤，直接经直接经济损失济损失4980万元。万元。七、瓦斯危害61吉煤通化集团八宝煤矿瓦斯爆炸吉煤通化集团八宝煤矿瓦斯爆炸2013年年3月月29日日22时时36分，通化矿业集团公司八宝煤业公分，通化矿业集团公司八宝煤业公司发生一起瓦斯爆炸事故。司发生一起瓦斯爆炸事故。2013年年4月月1日日10时许再次发生瓦斯爆炸事故。时许再次发生瓦斯爆炸事故。死亡人数：死亡人数：36+17 职位：工人职位：工人-集团公司总工集团公司总工年龄：年龄：26-50 七、瓦斯危害62瓦斯
37、突出瓦斯突出2011年年11月月10日日6时时19分，云南省曲靖分，云南省曲靖市师宗县私庄煤矿发生特别重大煤与瓦市师宗县私庄煤矿发生特别重大煤与瓦斯突出事故，造成斯突出事故，造成43人死亡，直接经济人死亡，直接经济损失损失3970万元万元。七、瓦斯危害63瓦斯突出瓦斯突出2010年年10月月16日日6时，河南省中平能化集团时，河南省中平能化集团平禹煤电公司四矿（以下简称平禹四矿）发平禹煤电公司四矿（以下简称平禹四矿）发生特别重大煤与瓦斯突出事故，生特别重大煤与瓦斯突出事故，造成造成37人死人死亡、亡、4人受伤，直接经济损失人受伤，直接经济损失2274万元。万元。七、瓦斯危害u 乡镇煤矿事故多发
38、。乡镇煤矿事故多发。2005年，全国乡镇煤矿共发生事故年，全国乡镇煤矿共发生事故2480起、起、死亡死亡4384人，事故起数和死亡人数分别占全国煤矿事故总起数人，事故起数和死亡人数分别占全国煤矿事故总起数和死亡人数的和死亡人数的75%、73%。乡镇煤矿百万吨死亡率。乡镇煤矿百万吨死亡率5.53，分别，分别是国有重点煤矿的是国有重点煤矿的5.8倍和地方国有煤矿的倍和地方国有煤矿的2.8倍。倍。u 国有重点煤矿事故伤亡程度大。国有重点煤矿事故伤亡程度大。国有重点煤矿特大事故所占比国有重点煤矿特大事故所占比重大。重大。2005年，国有重点煤矿发生一次死亡年，国有重点煤矿发生一次死亡10人以上特大及特
39、人以上特大及特别重大事故别重大事故9起、死亡起、死亡527人，占国有重点煤矿总死亡人数的人，占国有重点煤矿总死亡人数的53.6%，平均每起死亡，平均每起死亡59人。人。20042005年，在全国煤矿发生年，在全国煤矿发生的的6起一次死亡起一次死亡100人以上的事故中，国有重点煤矿人以上的事故中，国有重点煤矿4起，平均每起，平均每起死亡起死亡175人；乡镇煤矿人；乡镇煤矿2起，平均每起死亡起，平均每起死亡115人。人。八、煤矿事故特征u 瓦斯、水害重特大事故比例高。瓦斯、水害重特大事故比例高。2005年，在全国煤矿一次死亡年，在全国煤矿一次死亡3人人以上的事故中，瓦斯事故以上的事故中，瓦斯事故1
40、58起，占起，占58.9%，居第一位；水害事故，居第一位；水害事故46起，占起，占17.2%，居第二位。在全国煤矿一次死亡，居第二位。在全国煤矿一次死亡10人以上的事故中，人以上的事故中，瓦斯事故瓦斯事故40起，占起，占69.0%，水害事故，水害事故13起，占起，占22.4%。u 顶板事故总量大。顶板事故总量大。2005年，全国煤矿共发生顶板事故年，全国煤矿共发生顶板事故1805起，占全起，占全国煤矿事故起数的国煤矿事故起数的55%，居第一位；死亡，居第一位；死亡2058人，占全国煤矿总死人，占全国煤矿总死亡人数的亡人数的34.7%，仅次于瓦斯灾害，居第二位。，仅次于瓦斯灾害，居第二位。u 非
41、法与违法矿井、基建与技改矿井和改制矿井特大事故多。非法与违法矿井、基建与技改矿井和改制矿井特大事故多。2005年，年，非法与违法矿井发生特大事故非法与违法矿井发生特大事故18起，占特大事故总数的起，占特大事故总数的31.0%；基；基建与技改矿井发生特大事故建与技改矿井发生特大事故15起，占特大事故总数的起，占特大事故总数的25.9%；改制；改制矿井发生特大事故矿井发生特大事故13起，占特大事故总数的起，占特大事故总数的22.4%。八、煤矿事故特征u 地质条件。地质条件。在国有重点煤矿中，地质构造复杂或极其复杂的煤矿在国有重点煤矿中，地质构造复杂或极其复杂的煤矿占占36%36%，地质构造简单的煤
42、矿占，地质构造简单的煤矿占23%23%。据调查，大中型煤矿平均开。据调查，大中型煤矿平均开采深度采深度456456米，采深大于米，采深大于600600米的矿井产量占米的矿井产量占28.5%28.5%。小煤矿平均。小煤矿平均采深采深196196米，采深超过米，采深超过300300米的矿井产量占米的矿井产量占14.5%14.5%。u 瓦斯灾害。瓦斯灾害。国有重点煤矿中，高瓦斯矿井占国有重点煤矿中，高瓦斯矿井占21.0%21.0%；煤与瓦斯突；煤与瓦斯突出矿井占出矿井占21.3%21.3%；瓦斯矿井占；瓦斯矿井占57.7%57.7%。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，高瓦斯和煤与
43、瓦斯突出矿井占高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占15%15%。随着开采深度的增加，瓦斯涌。随着开采深度的增加，瓦斯涌出量的增大，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例还会增加。出量的增大，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的比例还会增加。八、煤矿事故特征u 水害。水害。我国煤矿水文地质条件较为复杂。国有重点煤矿中，水文地我国煤矿水文地质条件较为复杂。国有重点煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占质条件属于复杂或极复杂的矿井占27%，属于简单的矿井占，属于简单的矿井占34%。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿地方国有煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占井占8.5%。我国煤矿
44、水害普遍存在，大中型煤矿有。我国煤矿水害普遍存在，大中型煤矿有500多个工作面多个工作面受水害威胁。在近受水害威胁。在近2万处小煤矿中，有突水危险的矿井万处小煤矿中，有突水危险的矿井900多处，占多处，占总数的总数的4.6%。u 自然发火危害。自然发火危害。我国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面我国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面广。广。大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重(、II、III、级级)的煤矿占的煤矿占72.9%。国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井。国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占占47.3%。小煤矿中，具有自
45、然发火危险的矿井占。小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占85.3%。由于煤由于煤层自燃，我国每年损失煤炭资源层自燃，我国每年损失煤炭资源2亿吨左右。亿吨左右。u 水害。水害。我国煤矿水文地质条件较为复杂。国有重点煤矿中，水文地我国煤矿水文地质条件较为复杂。国有重点煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占质条件属于复杂或极复杂的矿井占27%，属于简单的矿井占，属于简单的矿井占34%。地方国有煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿地方国有煤矿和乡镇煤矿中，水文地质条件属于复杂或极复杂的矿井占井占8.5%。我国煤矿水害普遍存在，大中型煤矿有。我国煤矿水害普遍存在，大中型煤矿有500多个
46、工作面多个工作面受水害威胁。在近受水害威胁。在近2万处小煤矿中，有突水危险的矿井万处小煤矿中，有突水危险的矿井900多处，占多处，占总数的总数的4.6%。u 自然发火危害。自然发火危害。我国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面我国具有自然发火危险的煤矿所占比例大、覆盖面广。广。大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重大中型煤矿中，自然发火危险程度严重或较严重(、II、III、级级)的煤矿占的煤矿占72.9%。国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井。国有重点煤矿中，具有自然发火危险的矿井占占47.3%。小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占。小煤矿中，具有自然发火危险的矿井占85.3%。由于煤
47、由于煤层自燃，我国每年损失煤炭资源层自燃，我国每年损失煤炭资源2亿吨左右。亿吨左右。八、煤矿事故特征u 煤尘灾害。煤尘灾害。我国煤矿具有煤尘爆炸危险的矿井普遍存在。全国煤矿中，我国煤矿具有煤尘爆炸危险的矿井普遍存在。全国煤矿中，具有煤尘爆炸危险的矿井占煤矿总数的具有煤尘爆炸危险的矿井占煤矿总数的60%以上，煤尘爆炸指数在以上，煤尘爆炸指数在45%以上的煤矿占以上的煤矿占16.3%。国有重点煤矿中具有煤尘爆炸危险性的煤矿占。国有重点煤矿中具有煤尘爆炸危险性的煤矿占87.4%，其中具有强爆炸性的占，其中具有强爆炸性的占60%以上。以上。u 顶板灾害。顶板灾害。我国煤矿顶板条件差异较大。多数大中型煤
48、矿顶板属于我国煤矿顶板条件差异较大。多数大中型煤矿顶板属于、类，类，类顶板约占类顶板约占11%，、类顶板约占类顶板约占5%。u 冲击地压。冲击地压。中国是世界上除德国、波兰以外煤矿冲击地压危害最严重的中国是世界上除德国、波兰以外煤矿冲击地压危害最严重的国家之一。大中型煤矿中具有冲击地压危险的煤矿国家之一。大中型煤矿中具有冲击地压危险的煤矿47处处,占占5.16%。随着。随着开采深度的增加，现有冲击地压矿井冲击频率和强度在不断增加。开采深度的增加，现有冲击地压矿井冲击频率和强度在不断增加。u 热害。热害。热害已成为我国矿井的新灾害。国有重点煤矿中有热害已成为我国矿井的新灾害。国有重点煤矿中有70
49、多处矿井采多处矿井采掘工作面温度超过掘工作面温度超过26，其中，其中30多处矿井采掘工作面温度超过多处矿井采掘工作面温度超过30，最，最高达高达37。八、煤矿事故特征八、煤矿事故特征2011年全国发生各类事故年全国发生各类事故347728起，死亡起，死亡75572人，工矿商贸领域事故死亡人数人，工矿商贸领域事故死亡人数9704人，其中煤矿事故死亡人数人，其中煤矿事故死亡人数1973人。道路交人。道路交通死亡通死亡62387人，万车死亡率人，万车死亡率2.8；煤矿百万；煤矿百万吨死亡率吨死亡率0.564。八、煤矿事故特征2012年全国发生各类事故死亡年全国发生各类事故死亡71983人，工人，工矿
50、商贸领域事故死亡人数矿商贸领域事故死亡人数8469人，其中煤矿人，其中煤矿事故死亡人数事故死亡人数1384人，占人，占1.92%。生产经营。生产经营性道路交通死亡人数性道路交通死亡人数21147，占，占29.38。八、煤矿事故特征我国年原煤产量和死亡人数统计八、煤矿事故特征我国各类煤矿百万吨死亡率对比74（1）瓦斯涌出量的定义）瓦斯涌出量的定义 瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石中涌出的瓦斯量。瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石中涌出的瓦斯量。l 绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量在单位时间内涌出的瓦斯量，单位为在单位时间内涌出的瓦斯量，单位为m3/min或或m3/d；l 相
