煤与瓦斯突出预防及石门揭煤防突.doc

煤与瓦斯特别预防及石门揭煤防突一、矿井瓦斯1、瓦斯的成分和性质瓦斯是由多种成分组成的混合气体，包括甲烷CH4、二氧化碳CO2、氮N2、二氧化硫SO2、硫化氢H2S、一氧化碳CO、和重烃C2H6、C3H8、C4H10……等，其中，甲烷为主要成分，习惯上的瓦斯即指甲烷，双称沼气，瓦斯为无色、无臭的可燃气体，比重0.544，难溶于水，易扩散，常残留在巷道上部空间和煤层，围岩之中，渗透性强。2、瓦斯的形成〔1〕生物化学作用形成，在成煤的第一阶段，植物有机质分解，当氧气充足时，生成CO2、NO等气体。在缺氧条件下，由于细菌作用分解分析出甲烷、重烃、氢及其它气体。由于此阶段形成的瓦斯距地表较近，且多散于大气之中，在煤体中保存的数量不多。〔2〕煤变质形成，成煤第一阶段所形成的泥炭，由于地壳下降，被其它沉积物覆盖，在地热及地压影响下，其化学成分随之变化。氧、氢、硫、氮的成分降低，碳的含量相对富集，并生成了以甲烷、氢为主的气体及重烃等其它气体。由岩浆侵入产生接触变质时，也可生成重烃、氢和甲烷。这阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，故煤层中所含的瓦斯，极大部分是该阶段形成的。依据研究，在理想的条件下，每形成1吨煤，伴随生成1000m3的CH4和CO2等气体。其中，CO2多为流动的地下水所汲取；CH4在漫长的地质年代中，大部分被自然排放，只有一部分被保存在煤层和岩层之中。〔3〕油气田的瓦斯浸入与底板石灰岩溶洞中的瓦斯有关系；与顶底板砂岩含油层有关。3、瓦斯在煤层中的赋存状态〔1〕游离状态〔也就是自由状态〕瓦斯：瓦斯以自由的气体状态存在于煤体和围岩的孔隙、裂隙或空隙〔空洞〕中，瓦斯分子在孔隙内可以自由运动。游离状态瓦斯存在量的大小，取决于煤层、围岩内的自由运动空间多少〔即孔隙度〕，以及外界的温度与压力。〔2〕吸附状态瓦斯：它又分为吸附瓦斯和汲取瓦斯两种状态。吸附瓦斯：瓦斯分子被吸附在煤体或岩体孔隙的表面，形成一层薄膜。这种吸附是靠气体分子与固体颗粒之间的分子引力完成的。吸附量的大小，决定于煤对瓦斯的吸附能力，而吸附能力又取决于煤的孔隙率。变质程度，以及外界的温度和压力。煤内瓦斯80-90％以上吸附状态存在。汲取瓦斯：瓦斯分子进入煤层内部，与煤分子紧密地结合成固溶体，这与气体被液体所溶解的现象相似。瓦斯在煤体内存在的状态不是静止不变，而是处于动平衡中，当外界压力降低，温度升高时，吸附瓦斯可以变为游离瓦斯。这种现象称为瓦斯的解吸现象。4、瓦斯分带矿井瓦斯的成分随深度不同而发生变化，并具有分带现象。通常，自上而下划分为四个带：①N2-CO2带，其中CO2＞20%；②N2带，N2＞80％，CO2＜10-20％；③N2-CH4带，N2＜80％，CO2＜80％；④CH4带，CH4＞80％。各带的深度和瓦斯成分在不同煤矿不尽相同，前三带统称为瓦斯风化带。因各煤田地质条件有差异，瓦斯风化带的深度差别很大，一般为100-300米，各别的可达500-800米。暴露式煤田瓦斯风化带深；地下水循环越快的越深；地质构造为封闭式的浅，而开放式的深；煤层顶板为砂岩时瓦斯风化带深。5、影响瓦斯含量的地质因素有以下6个原因：〔1〕煤的变质程度：煤对瓦斯的吸附能力与变质程度有关。成煤的初、中、晚期煤的吸附能力有所不同，煤层的质量不同吸附的能力也不同，而煤的致密度疏松，而吸附量具大，煤的致密度强，空隙率小，它的吸附量就相当小。吸附能力的煤不一定瓦斯量大，吸附力强其渗透性和散逸性也强。〔2〕围岩和煤层的渗透性：赋存在煤层中的瓦斯是有压力的，而瓦斯在煤层中不断地动移和排放，其运移和排放速度与围岩和煤层的渗透性密切相关。如煤层与围岩的渗透性大，瓦斯散逸，不易保存，反之，则能保存。〔3〕地质构造：地质构造是造成同一矿区瓦斯含量不同的因素，如张性断层，尤其是通达地表的张性断层，利于瓦斯排放，压性断裂不利于瓦斯排放，甚至有一定的封闭作用，促进了瓦斯在煤层中的聚集。褶皱构造对瓦斯分部有重要影响。当顶板为致密岩层且未暴露地表时，在背斜瓦斯含量由两翼向背斜轴部增大，在向斜轴部瓦斯含量减小。当顶板为脆性岩层且裂隙多时，瓦斯容易扩散，而背斜轴部瓦斯含量减少，在向斜轴部瓦斯含量增加。〔4〕煤田的裸露程度：在裸露、暴露的煤田中，含煤岩系露出地表，瓦斯易于排放散逸。在埋深、隐伏性煤田中，假设含煤岩系的覆盖层为不透气岩层而且厚度大，则不利于瓦斯排放。〔5〕地下水的活动：瓦斯可随地下水的流动而排放，地下水活动越强的区域瓦斯量越小。另外，水分子被吸附在煤或裂隙的表面后，减弱了煤对瓦斯的吸附能力，水分占据了煤的空隙，排挤自由状态的瓦斯，故此煤层中含水量偏高，那么含瓦斯量越低。〔6〕煤层的埋藏深度：瓦斯含量随深度增大而增大，在瓦斯风化带下，瓦斯含量、涌出量和瓦斯压力与深度增加有一定比例关系。6、瓦斯对煤矿生产的影响：重