分析瓦斯地质讲学

瓦斯地质学复习资料矿井瓦斯是指从煤层及煤层围岩中涌出的，以及在煤矿生产过程中产生的各种气体的统称。

其主要成分是甲烷(CH4)，其次是二氧化碳(CO2)和氮气(N2)，还含有少量或微量的重烃类气体、氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化氢(H2S)等。

瓦斯成因煤中瓦斯的原始含量与成煤物质、成煤环境、煤岩组成、围岩性质、成煤阶段（生物化学作用、成岩作用、变质作用等阶段）均有关系。

瓦斯的成因类型○1生物化学成气时期（生物成因）（T≤50℃）两个阶段：原生生物成因次生生物成因在植物成煤的第一阶段（泥炭化阶段），有机物质的分解是在微生物参与下发生的复杂的生物化学过程。

在这个阶段的早期，植物遗体暴露在空气中或处于沼泽浅部富氧的条件下，由于氧气和亲氧细菌的作用，遭受氧化和分解。

生成的气态产物主要是CO2、NO 等。

在这个阶段的晚期，由于地壳下降、沼泽水面上升和植物遗体堆积厚度的增加，使正在分解的植物遗体逐渐与空气隔绝，从而出现了弱氧环境或还原环境。

在缺氧条件下，因细菌作用分解出甲烷、重碳氢化合物、氢及其它气体，碳相对富集起来。

○2煤化变质作用时期（热成因）（T=50-220℃）两个阶段：热解成因裂解成因当泥炭物质由于地壳下降而为其它沉积物覆盖时，成煤作用就由第一阶段进入第二阶段——煤化作用阶段。

在温度、压力和作用力持续时间的影响下，泥炭物质产生热分解，引起一系列的物理—化学变化，使泥炭转变为烟煤，烟煤进而转变为无烟煤煤层瓦斯发生率煤层瓦斯发生率是表征煤生气能力的定量参数，他是指成煤物质从泥炭到特定阶煤所产生的烃类气体的总和，包括生物成因气和热演化成因气。

煤层瓦斯垂向分带各带气体组分煤层瓦斯自上而下可划分为四个带：二氧化碳氮气带、氮气带、氮气甲烷带和甲烷带。

前三个带统称为瓦斯风化带。

瓦斯风化带下限煤层赋存地质条件(围岩性质、煤层有无露头、断层发育、煤层倾角、地下水活动等)瓦斯在煤体内赋存状态游离瓦斯（10-20%）吸附瓦斯（80-90%）○1吸着状态：在与颗粒固体在分子之间引力作用下，被吸着在煤体孔隙的内表面上。

瓦斯地质学研究的内容1．瓦斯赋存机理研究2．构造煤与瓦斯突出煤体基础理论研究3．瓦斯（煤层气）抽采地质控制机理研究4．煤与瓦斯突出地质控制机理研究瓦斯地质规律是瓦斯与地质因素的内在的、本质的联系。

1 瓦斯广义上讲是指煤矿井下有毒有害气体的总称；狭义上专指甲烷。

2 瓦斯突出煤体是指含高能瓦斯的构造煤体。

12、世界主要聚煤期：石炭纪二叠纪早中侏罗世晚侏罗至早白垩世晚白垩至始新世中国主要聚煤期：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）古近纪和新近纪吸附，是指气体以凝聚态或类液态被多孔介质所容纳的一种过程。

影响煤吸附性的因素瓦斯压力的影响吸附温度的影响瓦斯成分的影响煤对气体的吸附能力：CO2＞CO2+CH4 ＞CH4 ＞CH4 + N2 ＞N2 煤的变质程度的影响煤中水分的影响解吸:煤中吸附气因储层压力降低或温度升高等而转变成游离气体的过程叫解吸。

煤与瓦斯突出煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出是含瓦斯的煤、岩体，在压力(地层应力、重力、瓦斯压力等)作用下，破碎的煤和解吸的瓦斯从煤体内部突然向采掘空间大量喷出的一种动力现象。

瓦斯压力：煤层中瓦斯所具有的气体压力(游离瓦斯)，单位MPa。

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入采掘空间及抽放管道中的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。

矿井瓦斯涌出量预测法（一）矿山统计法(二)瓦斯地质统计法(三)分源预测法影响矿井瓦斯涌出量的主要因素1、煤层和围岩的瓦斯含量2、开采深度影响3、开采规模影响4、开采顺序与开采方法影响5、地面大气压力的变化6、顶板管理方法7、通风压力8、采空区管理方法9、生产工序。

煤层瓦斯含量：单位质量的煤中所含有的瓦斯体积（换算为标准状态下的体积），单位是cm3/g或m3/t。

影响煤层瓦斯含量的主要因素煤的变质程度煤层围岩性质煤层赋存条件地质构造地层的地质史水文地质条件瓦斯风化带下界确定指标①瓦斯压力P=0.1～0.15MPa；②瓦斯组分CH4≥80%（体积百分数）；③相对瓦斯涌出量大于2 m3/t。

第一章绪论瓦斯地质学的概念、研究内容、研究的目的和意义，研究的方法：瓦斯地质学是研究煤层瓦斯的形成、赋存和运移以及瓦斯地质灾害防治理论的交叉学科。

研究的内容包括：煤层瓦斯的形成过程研究或者说煤层瓦斯组成与煤级的关系研究；瓦斯在煤层内的赋存与运移；煤与瓦斯突出机理研究；构造煤特征研究；地质构造控制煤与瓦斯突出理论；煤与瓦斯突出预测方法与控制措施；瓦斯资源地面开发；瓦斯地质图编制。

研究的意义：瓦斯是影响煤矿安全生产的有害气体，控制瓦斯涌出量、减少煤与瓦斯突出动力灾害，可以提高煤矿安全性；瓦斯是温室效应气体，同时是清洁能源，提高煤层瓦斯抽采率可以保护大气环境，提高资源利用率。

研究的方法：利用地质统计法、钻探、探掘、地球物理方法，结合煤田地质、构造地质和水文地质等理论综合研究。

（一）、煤层气和瓦斯的概念近来，人们采用术语“煤层气”一词，意指赋存在煤层里的天然气。

此术语翻译自英语“coalbed gas”。

如果讨论“煤层气”的成分，则包含甲烷、重烃、二氧化碳、氮等多种气体成分。

如果计算“煤层气”的含量或资源量（储量），又仅指甲烷一种气体的量。

“瓦斯”是我国采煤界习惯用的术语。

广义上讲，瓦斯是煤矿井下除大气以外的气体的总称,包含：赋存在煤层及岩层里并涌入到矿井的天然气、矿井生产过程中生成的炮烟和其它废气、井下各种化学及生物化学反应生成的气体、深源放射性物质蜕变生成的气体、自地下水释放出的气体等多种来源的气体。

包括：甲烷（CH4）、重烃（即乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H5）、氢（H2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等。

“瓦斯”一词的常用含义有以下两种：1, 煤矿井下工程里的甲烷（CH4），又称沼气，有时还指二氧化碳（CO2）；在确定“瓦斯风化带”时又指甲烷、二氧化碳和氮(N2)三种气体。

通常所称的“瓦斯涌出量”往往仅指甲烷一种气体的涌出量，不包含二氧化碳和氮的量。

瓦斯地质讲座（河南理工大学张子敏）一、瓦斯地质及其发展二、瓦斯地质与灾害预测和防治第一节瓦斯地质及其发展一、瓦斯地质的内涵瓦斯生于煤层，储存于煤层，只要开采煤炭就会有瓦斯涌出来。

无论从赋存、分布的地质原因和规律研究，还是从瓦斯涌出、瓦斯突出的原因和规律研究，都牵扯到极其复杂的地质条件、地质理论、地质测试手段和技术，当然还有开采等因素。

（一）瓦斯是特殊的地质体瓦斯是无色无味的气体，具有可燃性和易爆炸性，人的肉眼看不见，也摸不着，在矿井空间几乎无处不有，瓦斯事故发生的规律不同于水、火、顶板冒落等事故那样直观，它对于井下作业人员很抽象。

据统计，我国煤矿事故每年伤亡万人左右，瓦斯伤亡人数占总数的40%以上。

瓦斯是地质成因的，它是在数千万年至数亿年前由煤的变质作用形成的，它是生于煤层储存于煤层或围岩中的气体地质体，它的生成条件、运移规律、赋存和分布规律都受着极其复杂的地质作用控制，它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，牵扯到复杂的区域地质构造学和煤田地质学、煤化学知识；它的运移、流动规律牵扯到流体力学的知识；它在煤炭开采过程中的涌出和突出规律又牵扯到岩体力学、采矿学的知识。

所以我们称瓦斯是复杂特殊的地质体。

由瓦斯引发的瓦斯突出灾害、瓦斯爆炸灾害引起我国各级政府的高度重视，投入大量的人力、物力、财力，组织国家“六.五、七.五、八.五、九.五”科技攻关，以及“十.五”面临的新的攻关任务。

（二）、瓦斯地质是科学的理论和技术大量的实践证明了瓦斯地质规律是研究瓦斯形成、分布、赋存和变化的基本规律，瓦斯地质理论和技术是瓦斯灾害预测理论和技术的基础；是瓦斯灾害防治理论和技术的基础；也是解决瓦斯抽放理论和技术的基础。

1、瓦斯生成理论和技术表1-1 每形成一吨煤的产气量褐煤肥煤瘦煤无烟煤68m3230 m3330 m3400 m3以上表1-2 各煤化阶段生气量煤化阶段气体每个煤化阶段最终残留-吨煤的生气量，m3泥炭向褐煤过渡褐煤向烟煤过渡烟煤向无烟煤过渡甲烷二氧化碳68.3167.3161.6124.9192.923.4煤的变质作用可分为深成变质作用和岩浆热变质作用。

瓦斯地质学第一章绪论第一节瓦斯地质学的研究意义一、瓦斯是煤矿安全的第一杀手瓦斯，是一种易燃易爆气体，无色、无味，是威胁煤矿安全生产和矿工生命的最大灾害源。

煤炭是我国能源的主体。

在我国一次性能源消费结构中，煤炭占70%左右，预计2050年仍将占50%以上，国家《能源中长期发展规划纲要（2004-2020）》确定了我国“坚持以煤炭为主体、电力为中心，油、气和新能源全面发展”的能源战略。

煤炭工业是我国的基础产业，其健康、稳定、持续发展是关系国家能源安全的重大问题。

二、瓦斯（煤层气）是重要的洁净能源瓦斯（煤层气）是一种洁净、热效率高、污染低的优质能源，可作为民用和工业燃料以及汽车燃料或用于发电，还可用于生产炭黑、甲醛、化肥和其他工业品。

煤层气热值达36-40MJ/m3之间（《地球科学大辞典•应用科学卷》）。

甲烷（CHJ占90%以上，每1000m3煤层气热能即相当于381. 8kg 石油和1.4t标准煤。

开发利用煤层气（瓦斯）对减少空气污染、保护大气环境有重要意义。

甲烷是“温室气体” （CQ、水气、CH1. NO氟利昂）之一，以原子为基准甲烷的加热效应是CQ的30倍，甲烷排入大气层对臭氧层的破坏能力是CQ的7倍。

据统计，我国因煤炭开采向大气排放的瓦斯（甲烷）约为150亿m3o目前，全国左右。

国家安全生产监督管理总局下发的安监总煤装［2007188号文件《关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导意见》指出：煤矿瓦斯先抽后采是治理瓦斯是根本性措施，要尽最大能力对煤层瓦斯进行抽采，努力实现煤炭开采前瓦斯抽采的最大化。

三、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。