瓦 斯 地 质 学 (4)

瓦斯地质wasi dizhi coalbed gas geology运用地质理论和方法，研究煤层瓦斯成分成因，赋存、运移规律，煤与瓦斯突出条件及预测，煤成气、煤层气可采性评价的学科。

其任务是为煤矿瓦斯防治和煤成气、煤层气开发利用提供地质依据。

简史瓦斯地质是20世纪70年代蕴酿，80年代在中国建立的新兴学科。

它的萌芽期可追朔到20世纪50年代。

杨力生在总结1956～1960年大同低瓦斯矿忻州窑矿三次严重瓦斯爆炸事故时发现，它们均与掘进巷道遇断层有关，进而在少数矿井进行瓦斯与地质关系的研究。

七八十年代初，随着煤炭工业发展，瓦斯突出事故增加，瓦斯突出与地质条件相关的现象，被更多的通风安全工程技术人员发现，要求地质人员参与研究。

中国矿业大学、焦作矿业学院部分地质教师到四川、贵州、山西、吉林、甘肃、河南、湖南和江西等省的突出矿区、矿井进行了气源，赋存及其地质背景的调查，总结了瓦斯突出及其地质条件的初步规律，为防治突出提供了初步依据。

1983年，杨力生主持编制《全国瓦斯地质图》。

同年12月，煤炭工业部颁发《关于加强瓦斯地质工作的通知》。

1985年，中国煤炭学会设立瓦斯地质专业委员会，并在部分煤炭高等学校开设《瓦斯地质》选修课。

在煤和瓦斯突出较严重的其它国家，同样在从事这方面的研究。

其中，以前苏联的资料较为丰富。

他们在1951年设立了《防止煤与瓦斯突出中央委员会》，苏联科学院地质研究所参加了瓦斯突出与地质条件研究;莫斯科地质勘探学院的А.И.克拉符佐夫(А.И.Кравцов，1967，1973，1980)，乌克兰科学院地质技术力学研究所的В. Е. Забигайло(1980)，苏联科学院矿产综合开发问题研究所的А. Г. Айруни(1987)等都有专门的论著出版，其内容涉及瓦斯地质各个方面，包括气体成因、含气形式、瓦斯运移和分带，地质因素对天然气分布影响，煤层瓦斯突出的地质条件，煤的微结构、煤内瓦斯赋存与运移的理论等。

采掘工作面瓦斯地质图编图内容和方法1.地理底图选用1：2000或1：1000采、掘工作面工程平面图作为地理底图。

2.地质内容和方法（1）断层、褶皱、陷落柱、火成岩体等，按表7-9统计，并按表7-1图例填图；（2）构造煤厚度变化规律：以采、掘工作面日常构造煤编录数据为依据，按表7-1图例绘制构造煤厚度变化和沿工作面分布的构造煤小柱状图；（3）勘探钻孔及煤层柱状图；（4）顶、底板砂、泥岩分界曲线图。

3．瓦斯内容和方法（1）瓦斯涌出量点：回采工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量点，掘进工作面绝对瓦斯涌出量点，每月分别筛选3个数据，按表7-1图例和表7-2、表7-3填绘在瓦斯地质图上；（2）掘进工作面绝对瓦斯涌出量随采掘进程的变化曲线图；（3）瓦斯含量点、瓦斯压力点，按表7-1图例填绘；（4）瓦斯放散初速度ΔP，煤的坚固性系数f值，瓦斯突出危险性综合指标K值，按表7-1图例填绘；（5）煤与瓦斯突出预测预报指标：钻孔最大瓦斯涌出初速度q max ，最大钻屑量s max 和钻屑瓦斯解吸指标Δh 2及随采掘进程的变化曲线图，突出预测指标R值变化曲线图，按表7-1图例填绘，按表7-7统计；（6）瓦斯突出点：按表7-1图例填图，按表7-8、表7-9填写突出点统计表；（7）瓦斯突出危险性区划：根据预测结果，将突出煤层划分为突出危险区、突出威胁区和无突出区，按表7-1图例填图。

矿井瓦斯地质图编图内容和方法1.地理底图选用1：5000矿井采掘工程平面图和煤层底板等高线图作为地理底图。

要求地理底图的选取应能反应最新的瓦斯地质信息。

2.地质内容和方法（1）煤层底板等高线：一般是标高差50m 一条，但在褶皱和断层影响引起煤层倾角变化大的部位，等高线密度增加；（2）井田地质勘探钻孔，煤层露头，向斜，背斜，断层，煤层厚度，陷落柱分布，火成岩分布，煤层顶底、板砂、泥岩分界线，构造煤的类型、厚度分布等。

上述内容按表7-1图例绘制。

3.瓦斯内容和方法（1）瓦斯涌出量点：掘进工作面绝对瓦斯涌出量点，回采工作面绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量点，每月筛选一个数据，按表7-1图例和表7-2、表7-3填绘；（2）瓦斯涌出量等值线：绝对瓦斯涌出量等值线又分实测线和预测线，煤层瓦斯压力实测等值线和预测等值线，其中要有0.74Mpa 等值线，按表7-1图例和表7-2、表7-3填绘；（3）瓦斯涌出量区划：根据矿井瓦斯涌出特征，一般是级差5m 3/min，按图例填绘不同的面色，表示瓦斯涌出量区划级别；（4）瓦斯含量点和瓦斯含量等值线，按表7-1图例和表7-4填绘；（5）瓦斯突出危险性预测参数：瓦斯压力P，瓦斯放散初速度ΔP，煤的坚固性系数f 值，瓦斯突出危险性综合指标K 值，钻屑瓦斯解吸指标Δh 2，钻孔最大瓦斯涌出初速度q max ，钻孔最大钻屑量s max 等。

第一章瓦斯：瓦斯狭义上讲就是甲烷，广义上是指井下所有涌出有害气体的总称煤与瓦斯突出：煤与瓦斯突出是指在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出，是另一种类型的瓦斯特殊涌出现象地质构造变动：岩层形成后，在地壳运动影响下发生变形和变位（位移、倾斜、弯曲、断裂），其原始产状受到不同程度的改变，称为地质构造变动。

地质构造：发生构造变动的岩层所呈现的各种空间形态称为地质构造。

地质构造分为两类：褶皱构造、断裂构造。

瓦斯地质学是研究瓦斯的形成、运移、赋存和发生瓦斯灾害的地质控制理论的一门交叉学科。

实践证明：所有的煤与瓦斯突出动力现象均发生在构造煤分布区。

瓦斯突出煤体具有瓦斯高含量、高解吸速度、低强度、低渗透性的“两高两低”特性，因此构造煤控制着瓦斯灾害的发生，影响着瓦斯的治理，亦控制着煤层气的地面开发，是瓦斯地质研究的核心理论之一。

第二章中国含煤盆地成生时期与全球具有同时性，主要发生在晚古生代石炭纪以后，并以石炭纪、二叠纪、三叠纪（晚三叠世）、侏罗纪（早、中侏罗世）、白垩纪（早白垩世）及古近纪和新近纪（第三纪）为主要成煤期板块：地球岩石圈被洋中脊、岛弧海沟系、转换断层等三大构造活动带分割形成的大小不一的不连续的岩石圈块体。

板块构造：由于洋底分裂、扩张、板块间的运动和相互作用形成的全球性板状地质构造。

1 中国石炭纪含煤盆地经过多期构造运动改造，现今含煤盆地主要分布在塔里木～华北板块和华南板块。

在西伯利亚板块的准噶尔～兴安活动带仅有零星的残存盆地。

2 中国二叠纪含煤盆地的分布格局与石炭纪大体相似，含煤盆地主要分布在塔里木～华北板块和华南板块。

从沉积范围、沉积特征及改造后的含煤盆地特征方面，华北板块更具继承性。

华南板块石炭至二叠纪随着海盆的扩展、退缩，二叠纪含煤盆地比石炭纪更为广阔，几乎遍布整个扬子地块。

中国三叠纪含煤盆地主要分布于华北板块与扬子地块。

侏罗纪含煤盆地分布经过三叠纪过渡时期后，侏罗纪含煤盆地分布状况已完全改观。

瓦斯地质规律与瓦斯预测第一节研究瓦斯地质理论的意义瓦斯地质理论是瓦斯防治最重要的基础。

瓦斯是一种地质成因的气体地质体，它是在数千万至数亿年中与煤的演化作用相伴生而形成的，它生于煤层、存储于煤层及其围岩之中。

它的生成条件、保存条件、赋存和分布规律都受极其复杂的地质演化作用控制，宏观上涉及板块构造和区域地质演化理论，微观上涉及煤的化学结构。

瓦斯在煤层中的赋存状态与煤颗粒、煤分子之间的关系经历过极其复杂的地质历史演化过程，其解吸、运移、流动规律涉及流体力学等方面知识；瓦斯的赋存和分布控制着瓦斯的含量、涌出量和煤层气资源量；地质构造复杂程度控制着煤与瓦斯突出的危险性；构造煤的发育特征控制着瓦斯（煤层气）抽采和瓦斯治理的难度。

高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井的瓦斯防治，是世界产煤国家共同面临的国际性技术难题。

我国煤矿95%以上的井工开采，开采深度每年平均以近20m的速度增加着。

深部开采使得原来的低瓦斯矿井升为高瓦斯矿进，高瓦斯矿井则升为煤与瓦斯突出矿井。

我国高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井总数已有5000余对，占我国煤矿总数的一半左右。

煤气瓦斯突出机理的研究和认识，目前仍停留在假说阶段，从而导致煤与瓦斯突出灾害防治和事故的处理难度加大。

第二节瓦斯地质学的研究对象和内容1、瓦斯地质学的研究内容（1）瓦斯赋存机理研究瓦斯赋存机理研究，是世界产煤国家目前共同面监的国际性技术难题。

瓦斯赋存分布规律控制瓦斯含量和瓦斯涌出量，构造复杂程度控制煤与瓦斯突出的危险性，构造煤的赋存分布控制瓦斯的抽采难度。

（2）构造煤与瓦斯突出煤体基础论研究构造煤是煤层受地质构造挤压剪切破坏作用产物。

瓦斯突出煤体，是指含高能瓦斯的构造煤体。

实践证明：所有的煤与瓦斯突出动力现象均发生在构造煤分布区。

瓦斯突出煤体具有瓦斯高含量、高解吸速度、低强度、低渗透性的“两高两低”特性。

（3）瓦斯（煤层气）抽采地质控制机理研究目前，我国煤矿瓦斯抽采率只有5%-12%，平均吨煤瓦斯抽采量尚不足1m3，仅为平均煤层瓦斯含量的6%-10%。

瓦斯地质管理规定第一条随着矿井开采深度的延深，煤层瓦斯压力、瓦斯压力、瓦斯含量越来越大，尤其在地质构造附近，瓦斯异常涌出严重威胁着安全生产。

为杜绝瓦斯超限事故的发生，确保矿井安全生产，特制订规定。

第二条地测科、通风科必须加强对瓦斯地质的研究。

1、地测科每月填绘一次14-1煤层瓦斯地质图(1：5000)，图中要标明地质构造、采掘进度、被保护范围、突出点的位置、突出强度、瓦斯基本参数等地质资料。

2、抽排区根据瓦斯地质图，及时预测采掘工作面瓦斯涌出情况和突出危险性并制定相应的防突措施。

3、地测科要绘制11-2煤层瓦斯地质图(1：5000)，标明瓦斯异常涌出地点及地质构造异常带。

4、通风负责划分矿井突出危险性区域。

第三条对石门揭穿突出煤层和突出煤层过断层，必须有前探钻孔资历料，以准确控制层位，探明瓦斯赋存情况。

第四条在突出煤层顶底板岩巷掘进过程中，地测部门必须定期验证层位，掌握施工巷道方向、层位和围岩变化情况，防止误穿突出煤层。

第五条地测科于每月月底前按生产作业计划编制地质预报，预报要内容充实、图文并茂。

第六条每月由矿总工程师组织召开一次瓦斯地质分析会，有关职能部门参加。

地测科要认真准备材料，总结上月工作面过断层情况，预测下月各采掘工作面地质构造成对瓦斯的影响，并采取针对性措施，确保过断层期间的安全。

第七条地测科对地质构造的预测要准确、及时。

地质人员要经常深入井下，及时了解掌握采掘工作面的地质变化情况。

经常和基层区队联系，掌握有关的地质信息，了解抽排区打钻遇构造情况，及时分析总结。

运用先进的三维地震勘探成果资料，并结合已掌握的地质资料，分析判断构造规律。

地测科应与科研单位合作开展主采煤层软煤厚度及分布规律的研究。

第八条生产单位班组长、区队长以及测气员、安监员要密切注意地质构造，当顶、底板、煤层发生异常变化时，要及时向调度所、地测科汇报，调度所要及时通知有关单位及人员，进行现场鉴定，制定针对性措施，确保过地质构造成期间的安全。

《瓦斯地质学》课程教学大纲课程中文名称：瓦斯地质学课程英文名称：Gas-Geology课程编号：适用专业：地质、安全、煤层气工程学时数：40 学分数：2.5一、课程的性质和目的《瓦斯地质学》是我校地质工程、采矿工程、安全工程等工科专业需开设的主要选修课。

是一门系统地讲述煤矿瓦斯生成、赋存、运移、预测的基本理论与方法的课程。

通过本课程的学习，增强学生对煤矿瓦斯的认识，激发学生热爱矿山、增强建设祖国、献身煤炭工业的事业心和责任感，为今后从事矿业工作打下基础。

二、课程教学内容本课程主要讲述煤矿瓦斯的赋存、预测的基本概念、理论、预测方法与技术。

包括瓦斯涌出和突出预测方法、瓦斯参数测试方法、瓦斯赋存与突出的受控地质因素、突出煤层煤体结构的研究方法、瓦斯地质区划及区划参数选择方法、瓦斯地质图的编制方法、矿井瓦斯防治技术新进展。

以下分章阐述。

第一章绪论(2学时)1. 学习目的与要求：要求学生了解我国煤矿发展现状、瓦斯事故占煤矿事故的比重、瓦斯地质学科的发展、瓦斯地质学研究的对象、任务和研究的主要内容。

2. 课程内容：瓦斯地质滨发展历史、瓦斯地质学研究内容、研究对象、瓦斯地质研究的作用。

第二章瓦斯地质基础(6学时，其中理论教学4学时，实验2学时)1. 学习目的与要求：要求学生掌握瓦斯的性质和形成、煤的孔隙、裂隙特征、瓦斯在煤层中的赋存状态、煤层瓦斯运移、瓦斯分带、矿井瓦斯涌出和煤与瓦斯突出的基本概念和意义。

2. 课程内容：瓦斯成因、煤中孔隙与裂隙发育特征及其测定方法、瓦斯赋存运移、瓦斯分带、瓦斯相关基本概念。

第三章影响瓦斯赋存的地质条件（2学时)1. 学习目的与要求：要求学生了解含煤岩系的沉积环境和岩性特征、煤田地质史、煤层结构变化、地质构造对瓦斯如何影响。

2. 课程内容：含煤岩系与瓦斯赋存、地质构造与瓦斯赋存、煤层厚度与瓦斯赋存、煤质与瓦斯赋存、其它地质条件与瓦斯赋存。

第四章控制煤与瓦斯突出的地质因素(2学时)1. 学习目的与要求：要求学生掌握煤与瓦斯突出的类型及突出机理。

瓦斯地质学复习资料1.瓦斯：瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体。

地质构造：地壳中的岩层在地壳运动的作用下发生变形与变位而遗留下的形态。

2.瓦斯地质学：研究瓦斯的形成、运移、赋存和发生瓦斯灾害的地质控制理论的一门交叉学科。

3.瓦斯地质研究内容：瓦斯赋存机理研究；构造煤和瓦斯突出煤体基础理论研究；瓦斯抽采地质控制机理研究；煤与瓦斯突出的地质控制机理研究。

4.瓦斯地质规律：瓦斯与地质因素的内在的本质的联系。

5.含煤盆地是指赋存煤炭的沉积构造盆地。

时间上不连续性，空间上不均匀性。

6.世界5个主要聚煤期：石炭纪聚煤期、二叠纪聚煤期、早中侏罗世聚煤期、晚侏罗早白垩世聚煤期、晚白垩始新世聚煤期，其中石炭纪和二叠纪聚煤期成煤量最多。

7.中国含煤盆地成生时期：主要发生在晚古生代石炭纪以后，并以石炭纪、二叠纪、三叠纪（晚三叠世）、侏罗纪（早、中侏罗世）、白垩纪（早白垩世）及古近纪和新近纪为主要成煤期。

8.瓦斯成因：按照生物地球化学营力和热力地球化学营力分类：生物成因，热成因。

★次生生物成因瓦斯在煤层中生成并保存的基本条件：⑴煤层经构造抬升进入或曾经进入细菌活动带⑵煤层渗透性较好⑶有携带细菌的潜水活动⑷煤层压力高，围岩封闭性较好★四种作用导致瓦斯中非烃气体异常聚集：A、异常热化学作用B、水渗透作用C、顶板封盖作用D、煤阶和煤岩组成9.煤化作用过程中产生的气体随着煤阶的增高而迅速增加，煤的储气能力迅速下降。

10.煤化作用实质：温度升高条件下化学反应过程。

表现C升O降。

煤的大分子结构上析出的气体是煤层瓦斯的主要来源11.瓦斯的保存条件：★构造运动演化对煤层瓦斯保存起重要作用★不同地质构造类型对瓦斯保存的影响：褶曲构造对瓦斯保存的影响；推覆构造对瓦斯保存的影响；伸展构造对瓦斯保存的影响（P37-39）★沉积作用对瓦斯保存的影响：聚煤特征、含煤岩系的岩性、岩相组成及其空间组合均受控于沉积环境。

因而，沉积作用在很大程度上决定了瓦斯生成的物质基础以及煤储层、盖层的几何和物性特征，并通过煤层与围岩之间的组合关系影响到瓦斯的保存条件。

瓦斯地质规律是指揭示瓦斯与地质因素之间内在联系的规律。

瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量绝对瓦斯涌出量：指单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min。

相对瓦斯涌出量：指矿井在正常生产条件下，平均日产1t煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。

瓦斯含量是指成煤过程中煤层经受地质历史演化作用储存在煤层中单位体积或单位质量的煤所含的瓦斯体积量（m3/m3或m3/t）。

瓦斯压力：是指在煤田勘探钻孔或煤矿矿井中测得的煤层孔隙中的气体压力绝对渗透率：只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。

煤与瓦斯突出：狭义的煤与瓦斯突出：在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩和瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常的动力现象；广义的煤与瓦斯突出：煤与瓦斯突出、煤的突然倾出、煤的突然压出、岩石和瓦斯突出的总称。

矿井中有瓦斯参与的，且有动力效应显现的现象。

生物成因瓦斯是指由各类微生物的一系列复杂作用过程导致是指由各类微生物的一系列复杂作用过程导致成煤物质降解而生成的瓦斯气体。

成煤物质降解而生成的瓦斯气体。

构造煤：煤层在构造应力作用下，发生成分、结构和构造的变化，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩聚等变质作用的产物。

含煤盆地是指赋存煤炭的沉积构造盆地。

时间上不连续性，空间上不均匀性煤层残存瓦斯压力：当煤层受采动影响涌出一部分瓦斯后，此时煤层中残留瓦斯的压力大小称之为煤层残存瓦斯压力，单位为MPa。

煤层的残存瓦斯压力总小于原始瓦斯压力。

煤与瓦斯突出综合作用假说认为，煤与瓦斯突出是地应力、煤体中的瓦斯、煤的物理力学性质三者共同作用的结果。

瓦斯地质统计法：根据本矿井或邻近矿井实际瓦斯地质资料，在搞清矿井瓦斯地质规律的基础上，划分瓦斯地质单元，分析响瓦斯涌出量大小的主控因素，建立瓦斯涌出量与主控因素的数学模型，预测新水平或新建矿井瓦斯涌出量的方法。