《煤矿地质学》重考点归纳总结 第七章 矿井瓦斯和煤与瓦斯突出

第七章矿井瓦斯•瓦斯，又称沼气，是在煤的形成过程中生成并保存在煤层和围岩中的多成分混合气体。

化学成分以甲烷（CH4）为主。

(11、17解)•瓦斯是地质成因的，是地质作用的产物。

•在煤矿建设和生产中，煤层及围岩中的瓦斯会进入到采掘工作面中，并因其存在而降低井下空气的含氧量。

当氧气下降到12％以下时，可导致井下人员中毒窒息事故发生；井下空气中瓦斯达到一定浓度条件（5～16％），遇引爆火源可发生矿井瓦斯爆炸事故。

矿井瓦斯•一、瓦斯的形成与分带•1．瓦斯成分及其性质•瓦斯成分：CH4（主要）、N2、CO2。

•狭义的瓦斯指甲烷（CH4）。

甲烷为无色、无味、无嗅、无毒的气体，比空气轻，因而在井下它停积在巷道上部。

空气中甲烷浓度达到5～16％，遇引火源即可发生燃烧或爆炸。

•CO2为无色、无嗅、略带酸味并有一定毒性的气体，它的比重比空气大，在井下主要分布在巷道的下部。

大量二氧化碳在井下突然喷出可使人窒息。

矿井瓦斯•2．瓦斯的成因•瓦斯是在煤化作用过程中形成的。

泥炭化阶段，泥炭转变为褐煤，这一阶段以生物化学作用为主，可以产生甲烷。

•随着深度增加，地温进一步升高，约50～160℃时，煤化作用处于气煤到肥煤阶段，它不仅产生大量甲烷，而且在中晚期也是大量出油的阶段。

•当温度大于160～200℃时，煤转变为无烟煤，复杂的碳氢化合物遭到破坏，只能产生甲烷而不能生成石油。

矿井瓦斯❿3．瓦斯在煤层内的赋存状态❿（1）游离状态瓦斯❿瓦斯分子存在于煤体、围岩的空隙中。

❿（2）吸着状态瓦斯❿吸附瓦斯：瓦斯分子被吸附在煤体或岩体孔隙的表面。

❿吸收瓦斯：瓦斯分子在煤体内部。

矿井瓦斯❿4.瓦斯的垂直分带随深度增加混合气体中各组分相对含量有规律变化沿垂向可分三个带：CO 2-N 2带： CH 4＜ 10﹪ N 2-CH 4 带：CH 4＜ 10-80﹪ CH 4带：CH 4＞ 80﹪❿其中，前两个带统称为瓦斯风化带，其深度视地质情况而异。

❿“CH 4带”称为甲烷带，煤层瓦斯随深度增加而有规律的增长，但增长的梯度因地质条件而异。

矿井瓦斯•三、矿井瓦斯涌出形式•1.矿井瓦斯涌出与矿井瓦斯涌出形式矿井瓦斯涌出：瓦斯从煤、岩层中进入矿井空气中。

•矿井瓦斯涌出形式：•（1）普通涌出在时间上与空间上缓慢、均匀、持久地从煤、岩暴露面涌出。

•（2）特殊涌出在时间上突然集中发生，其涌出量很不均匀的间断涌出，包括瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。

矿井瓦斯•2.瓦斯喷出：大量承压状态的瓦斯从可见的煤岩体裂隙中快速喷出的现象。

•（1）瓦斯沿原始地质构造洞隙喷出喷出的特点：流量大，持续时间长，无明显的地压显现现象。

喷瓦斯裂缝多属于开放性裂隙（张性或张扭性断裂），它们与储气层（煤层、砂岩层等）、溶洞或断层带贯通。

•（2）瓦斯沿采掘地压形成的裂隙喷出喷出的特点：喷出濒临发生时伴随着地压显现效应，出现多种显现预兆，喷出持续时间较短，其流量与卸压区面积、瓦斯压力和瓦斯含量大小等因素有关。

煤与瓦斯突出•煤与瓦斯突出：煤矿的建设、生产中，在很短的时间内，煤（岩）、瓦斯大量喷向工作空间的现象。

（18解）Ø据动力现象的力学特征（能源）分类①突出煤与围岩的弹性变形能和瓦斯膨胀能②压出煤与围岩的弹性变形潜能③倾出煤与瓦斯突出Ø据动力现象的强度分（五）类①小型突出：强度50t/次，经几十分钟瓦斯浓度可恢复正常②中型突出：强度50~99t/次，经一个班瓦斯浓度可恢复正常③大型突出：强度500~999t/次，经几天瓦斯浓度可恢复正常④特大型突出：强度1000t/次以上，长时间排放瓦斯，回风系统瓦斯浓度才能恢复正常。

长。

矿井瓦斯•四、矿井瓦斯涌出量与矿井瓦斯等级•1．矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量是指开采过程中煤层或围岩在单位时间内瓦斯的涌出量。

•矿井瓦斯涌出量分为绝对瓦斯涌出量及相对瓦斯涌出量两种。

❿（1）绝对瓦斯涌出量矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，用m3/min或m3/d表示。

❿（2）相对瓦斯涌出量矿井在正常生产情况下，平均日产1t煤的瓦斯涌出量；用m3／t表示。

矿井瓦斯•2．矿井瓦斯等级（据涌出量大小和形式分三级）（15填）•（1）低瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。

•（2）高瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。

•（3）煤与瓦斯突出矿井矿井中只要发现一次煤与瓦斯突出，该矿井即定为煤与瓦斯突出矿井。

矿井瓦斯•4.2 瓦斯含量的影响因素•一、影响瓦斯含量的地质因素（11、12简）•1．煤的变质程度煤的变质程度高，瓦斯含量大。

无烟煤吸附瓦斯的能力最强，可达50～60m3/t。

•2．围岩和煤层的渗透性煤层与围岩的渗透性好，瓦斯易逸散，不易保存，煤层瓦斯含量低；反之，则易于保存，煤层瓦斯含量高。

❿3．地质构造❿（1）张性断裂通达地表的张性断层，有利于瓦斯的排放；压性断裂不利于瓦斯排放，甚至有一定封闭作用，促进瓦斯在煤层内的聚集。

❿（2）褶皱构造当顶板为致密岩层且未暴露地表时，一般在背斜瓦斯含量由两翼向轴部增大，在向斜槽部瓦斯含量减少；当顶板为脆性岩层且裂隙较多时，瓦斯容易扩散，因而脆性岩层顶板的煤层背斜顶部含瓦斯量减少，在向斜轴部瓦斯含量增加。

❿4．煤田的暴露程度❿在暴露式煤田中，含煤岩系出露地表，瓦斯易于排放逸散。

在隐伏式煤田中，若含煤岩系的覆盖层为不透气岩层且厚度大时，则不利于瓦斯排放。

矿❿5．地下水活动❿地下水活动强烈的地区瓦斯含量小；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；水分占据了煤的孔隙，排挤自由状态的瓦斯，因此煤层含水可降低瓦斯的含量。

•6．煤层埋藏深度瓦斯含量一般随深度增加而增大。

在瓦斯风化带以下，瓦斯含量、涌出量和瓦斯压力与深度增加有一定的比例关系。

瓦斯压力梯度、瓦斯压力增加率•7.煤层倾角（添加）在埋藏深度相同时，煤层倾角越小，瓦斯含量越大。

小，瓦斯含量越大。

矿❿二、、影响煤与瓦斯突出的地质因素❿ 1．煤层厚度❿煤层厚度大于20cm才会出现煤与瓦斯突出。

（软分层厚度）❿厚煤层比薄煤层危险性大，厚煤层突出深度比薄煤层浅。

❿2、地质构造❿3、突出深度❿始突深度：开始发生突出的最浅深度叫做始突深度。

❿4、围岩性质❿突出危险性随硬而厚的围岩存在而增高。

❿5、媒体内部结构❿煤层中软分层厚度增大，突出的危险性也在增加。

❿如某矿，长期以来对厚煤层分层开采，一直无突出现象，在采用一次采全高综采放顶煤开采后发生了突出现象，原因就是在煤层下部存在约0.6m的软弱分层对突出发生了作用。

矿4.瓦斯爆炸及预防•（1）矿井瓦斯爆炸的有害因素是：高温、冲击波和有害气体。

•（2）瓦斯爆炸必须同时具备的三个条件：一定浓度的瓦斯、一定温度的引火源和足够的氧气。

（链式自由基）•（3）预防瓦斯爆炸的措施（13 简答）•1、防止瓦斯积聚与超限•a、加强通风 b、严格瓦斯管理 c、及时处理局部积聚的瓦斯 d、瓦斯抽放。

•2、防治瓦斯引燃•a、防止明火 b、防止电火花 c、放爆破引燃瓦斯 d、防治机械摩擦、冲击火花。

5、防治煤与瓦斯突出的地质工作•1、做好突出点的地质编录•2、编制突出点分布图•3、收集瓦斯地质预报资料•4、分析瓦斯突出与地质条件的关系•5、编制瓦斯突出预测图矿井瓦斯•4.3 矿井瓦斯防治工作•对矿井瓦斯等级进行鉴定，合理确定瓦斯设防等级标准，采取针对性防治措施，是防止矿井瓦斯事故发生的根本途径。

•根据《煤矿安全规程》和《防治煤与瓦斯突出规定》：有突出危险的矿井，无论新井设计还是生产矿井，必须采取防止突出发生的措施。

的综合防治措施。

矿井瓦斯•一、矿井瓦斯涌出的治理•1. 分源治理针对瓦斯来源(赋存、涌出规律)特征，通过方案类比选取效果、经济方面最优的治理技术措施、方法。

•2. 分级分类治理按瓦斯危险程度进行分级分类，并按瓦斯危险类别进行治理。

对特别危险的工作面（如独头掘进巷道及瓦斯涌出特别危险的工作面，采取特殊的管理措施和施工技术措施。

•3. 综合防治以消除瓦斯危险为方向，以确保作业人员人身安全为主要目标，采取预测、预防及应急安全保障等综合安全防治措施。

矿井瓦斯•二、瓦斯含量预测与矿井瓦斯涌出量预测•预测是综合防治的首要环节，不同危害采取不同防治措施•（一）瓦斯含量预测一个井田内不同煤层瓦斯含量可能存在较大的差别，瓦斯含量预测应分煤层进行。

预测的基础工作是收集井田内瓦斯钻孔、井下采样点位置及原始分析资料，编制出煤层瓦斯含量预测图（以煤层底板等高线图为底图），在此基础上分级分类治理。

•联绘瓦斯含量等值线时，应充分考虑地质构造因素对煤层瓦斯含量的影响，使预测结果与理论和实际相一致。

及实际情况相一致。

矿井瓦斯•（二）矿井瓦斯涌出量预测•（1）统计预测法依据矿井瓦斯涌出量与开采深度等参数之间的统计规律，外推到预测区域中的瓦斯涌出量。

•（2）分源计算法以煤层瓦斯含量为预测的主要依据，通过计算井下各涌出源的瓦斯涌出量，对矿井瓦斯涌出量进行预测。

斯涌出量，对矿井瓦斯涌出量进行预测。

•三、煤与瓦斯突出危险性预测矿井中的煤与瓦斯突出往往发生在个别区域，这个区域的面积一般只占整个井田面积的10％左右。

为了保证矿井安全生产，对突出危险程度不同的区域应采取不同的措施。

矿井有下列情况之一的，应当立即进行突出煤层鉴定；鉴定未完成前，应当按照突出煤层管理：1、煤层有瓦斯动力现象的；2、相邻矿井开采的同一煤层发生突出的；3、煤层瓦斯压力达到或者超过0.74MPa的。

•煤与瓦斯突出预测是瓦斯地质工作的重点。

（14 填）•（1）区域预测根据地质和瓦斯资料，在分析突出发生规律的基础上，预测矿井不同煤层和不同区域的突出危险程度，为合理制定瓦斯突出分区管理方案提供依据。

•（2）局部预测在区域预测的基础上，根据钻探、采掘和专门测试资料，进一步预测矿井或采区内局部地带或地点的突出危险程度。

作为制定防御措施，检验措施效果的依据。

•（3）突出报警在预测的基础上，根据突出前的预兆及仪表信息指示发出警报。

矿井瓦斯•四、煤与瓦斯突出的预兆•1.地压显现出现煤炮声、支架声响、岩煤开裂、掉渣、底鼓、岩煤自行剥落、煤壁颤动、钻孔变形、垮孔、顶钻、夹钻杆、钻机过负荷等。

•2.瓦斯涌出异常瓦斯浓度忽大忽小、井下煤尘增大、温度异常、气味异常、打钻喷瓦斯、喷煤粉、哨声、蜂鸣声等。

•3.煤层力学性质和结构方面的预兆煤层层理紊乱、煤层强度变低出现松软或不均质、软煤分层厚度增加、煤层倾角变陡、挤压褶曲、波状隆起、煤体干燥、顶底板阶梯隆起、断层等。

矿井瓦斯•五、预防瓦斯突出的防治措施•（一）区域性防突措施•1.开采保护层•瓦斯突出煤层是地质构造强烈挤压、剪切作用的产物。

它含有极发育的的细小剪切面，疏松多孔，能储存大量的高压瓦斯。