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玉华煤矿4-2煤层瓦斯赋存规律研究摘要：通过研究玉华煤矿地质构造、顶底板岩性、煤层埋深等与瓦斯赋存之间的关系，总结4-2煤层瓦斯赋存规律，为矿井瓦斯治理工作提供依据。
关键词：瓦斯赋存；规律；研究1 引言煤层瓦斯赋存受地质构造、顶底板岩性、埋藏深度等多种地质条件控制，在矿区不同区域，瓦斯赋存的条件也各不相同。
煤层的瓦斯赋存状况控制着矿井瓦斯涌出量的大小，同时也影响着矿井生产安全程度的高低，因此，掌握瓦斯赋存规律对保障矿井安全生产具有重要意义。
2 矿井概况玉华煤矿位于陕西省铜川市焦坪矿区，地处宜君、黄陵、旬邑三县交界处。
井田东西宽约4km，南北约11km，面积36km²，核定生产能力240万吨/年。
井田位于黄陇煤田东段，区内地层平缓，岩层倾角一般3°-5°，个别地段倾角可达20°。
井田内构造简单,基本为一南西向倾伏向斜。
区内广布巨厚白垩系地层，煤系地层出露甚少。
井田内含煤地层为侏罗系延安组，煤系地层总厚75米，共含煤9层，其中4－2煤赋存于延安组底部，属稳定特厚煤层，全区可采，为井田主要开采层，煤层平均厚度10m。
井田中东部和西南角较厚，西部和北部较薄；向斜区厚，背斜区薄。
3 断层、褶皱构造对瓦斯赋存的影响3.1 断层构造对瓦斯赋存的影响本井田内断层共有61条，多为中小型正断层，且多为高角度张性及张扭性正断层。
根据矿井瓦斯涌出数据可知，过断层时，瓦斯涌出量未见有明显的变化。
因此，井田内断层对瓦斯的赋存作用不大。
3.2 褶皱构造对瓦斯赋存的影响井田总体构造为一南西向倾伏向斜，在其两翼分布有次级褶曲，其中向斜的南翼发育有2条，北翼发育有次级褶曲14条。
受主要向斜构造影响，在井田西翼煤层埋深增大，煤层厚度增大，瓦斯含量也有增大趋势，根据回采工作面的瓦斯涌出量观测，井田西翼瓦斯涌出量明显高于东翼。
图1 玉华煤矿瓦斯含量与井田构造分布图4 顶底板岩性对瓦斯赋存的影响井田内4-2煤层直接顶板多为细粉砂岩、粉砂岩、粗砂岩和炭质泥岩、泥岩，一般厚2~5m。
潘三煤矿矿井瓦斯影响因素及赋存规律研究研究矿井瓦斯的赋存规律是防治矿井瓦斯地质灾害的重要基础。
作者通过对潘三煤矿矿井地质条件对矿井瓦斯赋存的影响研究及对瓦斯含量分布分析得出：断层、褶皱构造影响符合一般规律，重力滑动构造有利于瓦斯释放，小断层附近瓦斯富集；研究区煤系地层岩性组合有利于瓦斯的封闭和赋存；矿井内大部分岩浆侵入煤层区域瓦斯散逸可能性较大；瓦斯含量随埋藏深度的增加而增大，深部的梯度比中部的梯度大。
标签：潘三；瓦斯；赋存规律引言潘三煤矿位于淮南煤田西北部，是一座特大型现代化矿井。
潘三井田定名煤层32层，均属二叠系，煤层总厚33.74m，含煤系数4.5%，可采煤层12层，平均总厚24.24m，其中13-1煤层为稳定煤层。
煤层上硬下软，呈粉末状或破碎状结构；构造裂隙发育，层面滑动现象较为普遍；煤层强度较低，其普氏硬度一般在0.3～0.7之间，局部更小。
本区第四纪覆盖巨厚，一般达300～400m，砂岩层的孔隙度与渗透率比较小。
井田自三迭纪开始一直遭受剥蚀，历经三迭、侏罗、白垩、第三纪漫长的暴露时期，含煤地层被剥蚀严重，煤层瓦斯风化作用强。
1 矿井地质条件对矿井瓦斯赋存的影响1.1 断层、褶皱构造1.1.1 断层的开放与封闭性对瓦斯赋存影响显著。
1.1.2 地质构造及组合对瓦斯赋存影响明显。
褶曲类型和褶皱复杂程度对瓦斯赋存均有影响。
封闭的背斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造或称圈闭构造。
简单的向斜盆地构造，其瓦斯排放条件往往是比较困难的。
1.1.3 重力滑動构造有利于瓦斯释放。
逆冲推覆构造增加了煤层上覆岩层的厚度，且挤压作用降低了岩层的透气性，有利于瓦斯的保存。
受区域构造应力作用影响，11-2煤层形成与矿井其他煤层不同的构造发育规律。
大构造形态控制小构造的发育形式，即董岗郢向斜控制小断层的发育形式，断层走向基本与向斜轴平行，董岗郢向斜北翼以正断层为主，且断层成组出现，向斜南翼以逆断层为主，离向斜轴部越近，断层落差越小；11-2煤层中小型正断层多以层滑构造形式显现；煤层赋存正常段瓦斯含量很小，但小断层附近往往出现瓦斯涌出异常，小断层是瓦斯涌出异常和动力现象最显著的地质标志。
广义：井下除正常空气的大气成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。
狭义：煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合气体总称。
煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程中生成的 生物化学阶段 煤化变质阶段 煤层瓦斯赋存状态① 游离瓦斯②吸附瓦斯③ 水合物状态瓦斯煤层瓦斯垂向分带规律形成原因：当煤层直达地表或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，由于煤层中瓦斯向上运移和地面空气向煤层中渗透，使煤层内的瓦斯呈现出垂直分带特征。
四带： CO2- N2带、N2带、N2—CH4带、CH4带。
现场实际过程中，将前三带总称为瓦斯风化带。
瓦斯赋存的垂直分带性划分的意义？掌握本煤田煤层瓦斯垂直分带的特征，是搞好矿井瓦斯涌出量预测和日常瓦斯管理工作的基础。
规律：① 瓦斯风化带内涌出量与深度之间无规律性。
② 瓦斯风化带内，无突出危险性。
③ 在CH4带内， 瓦斯风化带下部边界的确定在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2-3m3/t煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa煤的瓦斯含量达到2～3 m3/t （烟煤）和5～7 m3/t （无烟煤）影响瓦斯风化带的深度的因素：含煤地层排放瓦斯时间越长，瓦斯风化带越深；地质错动程度越高，煤层排放瓦斯的不均匀性和排放深度就越大；剥蚀过程使含煤地层无瓦斯风化的范围减小或局部消失；煤层之上的覆盖层阻碍瓦斯风化带的进一步扩大；煤的孔隙率与煤的破坏程度的关系☆未受构造应力破坏的煤微孔达 80% ～ 90%，大孔很少，无外生裂隙。
煤层瓦斯含量大，但瓦斯涌出量不大，涌出速度慢，涌出时间长。
☆破坏型煤各种孔均存在，随着煤的破坏程度增大而增加。
游离瓦斯含量高，易涌出，衰减快，可能发生突出。
☆构造煤在地应力作用下，煤破碎成〈0.1mm 的煤粒，再被压成煤砖状。
各类孔均存在，瓦斯含量高，卸压后，f ，瓦斯涌出量 ,易突出。
嘉禾矿业公司煤与瓦斯突出基本知识罗治顺二0一二年八月一、煤与瓦斯突出概述（什么叫煤与瓦斯突出）煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下采掘过程中的一种极其复杂的瓦斯动力现象。
是在很短时间（几秒到几分)内，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突然向采掘空间抛出异常现象，并伴随产生不同程度的动力效应，可造成设施破坏和人员伤亡的现象，是煤矿井下最严重的灾害之一。
按照巷道分类：石门巷道突出、回采工作面突出、煤巷掘进头突出什么叫地应力：在采掘运动过程中和上覆岩层自重作用下，岩体在天然条件下产生的内部应力。
地应力是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力，也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力。
地壳内各点的应力状态不尽相同﹐并且应力随(地表以下)深度的增加而线性地增加。
在煤层中的应力还未达到新的稳定状态时，采掘工作面就快速进入到应力不稳定的区域就容易引起突出。
因而可以通过降低工作面推进速度的方法来防止煤与瓦斯突出。
瓦斯涌出过程:吸收→吸着→游离→涌出(瓦斯压力降低,煤体硬度增加)。
在采掘的过程中，由于煤层的应力从不平衡到平衡需要一定的时间周期，当采掘速度增快时，在煤层中的应力还未达到新的稳定状态时，采掘工作面就快速进入到应力不稳定的区域就容易引起突出。
因而可以通过降低工作面推进速度的方法来防止煤与瓦斯突出。
我们实行在限掘限采的条件下，小班允掘允采，或隔班允掘允采——间歇作业。
瓦斯赋存、瓦斯解吸、瓦斯放散初速度—突出关系煤层瓦斯的赋存状态:矿井瓦斯在煤、岩层中以两种状态存在，即自由状态和吸附状态。
自由状态又称游离状态。
吸附状态分为两种表现形式，即吸着状态和吸收状态。
自由瓦斯和吸附瓦斯关系：二者是处于一种动平衡状态，即在一定条件下自由瓦斯和吸附瓦斯可以互相转化。
左图为煤体中瓦斯的赋存状态示意图1-自由瓦斯；2-吸着瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤体；5-空隙煤层瓦斯的赋存状态什么叫瓦斯解吸:瓦斯放散初速度:煤初始暴露时煤层气涌出的速度，它是表示瓦斯从煤内放散出来快慢的相对指标,能反映煤的孔隙结构和微观破坏程度，单位为ml/s。
煤层瓦斯赋存及流动规律 摘要:煤矿井下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，还与煤的成因息息相关。瓦斯在煤层中的赋存状态一般有两种，即吸附状态和游离状态。而煤层瓦斯含量实际上是指吸附瓦斯量和游离瓦斯量之和，其值的大小往往是评价煤层瓦斯储量和是否具有抽放价值的重要指标。煤层瓦斯含量的多少主要取决于保存瓦斯的条件，而不是生成瓦斯量的多少，也就是说，不仅取决于煤质质量，而更重要的是取决于储存瓦斯的地质条件。根据目前的研究成果认为，影响煤层瓦斯含量的主要因素有:煤层储气条件、区域地质构造和采矿工作。另一方面，煤层是孔隙、裂隙结构组成的物质，瓦斯在孔隙中的流动主要是扩散,在煤层裂隙系统的流动属于渗透。本文将对煤层瓦斯赋存及流动规律进行阐述，并作简单的分析。 关键词：煤层瓦斯赋存流动规律
Coal seam gas occurrence and flow pattern Abstract: the coal gas mainly comes from coal and coal measure strata, itis closely related to the causes of coal. Gas in the coal seam occurrence state is generally has two kinds, namely the adsorption state and freestate. And coal seam gas content actually refers to the amount of gas and free gas quantity, the sum of its value tends to be the size of the evaluation of coal seam gas reserves and is an important index of drainage value. Coal seam gas content depends mainly on save gas conditions, it is not how much the amount of generated gas, that is to say, not only depends on the quality of coal, but more importantly depends on the geological conditions of gas storage. According to current research argues that the main factors affecting gas content of coal seam are: coal gas storage conditions, regional geological structure and mining work. On the other hand, the coal seam is material composed of pore and fracture structure. Gas flow in the pore is mainly spread in the flow of the fissure system of coal seam belongs to penetration. This article will explain coal seam gas occurrence and flow pattern, and make a simple analysis. Keywords: coal seam gas ,occurrence,flow ,pattern 1.煤层瓦斯赋存影响因素 瓦斯的生成、运移、赋存和富集,受地质条件的控制。对于不同区域、不同煤田或块段,影响瓦斯赋存的地质条件存在着差异,起主导作用的因素也有区别1。影响煤层瓦斯赋存及分布的因素是多种多样的,通过对瓦斯地质规律的研究可知,影响煤层瓦斯含量和分布规律的地质因素主要有:煤层埋藏深度、地质构造、煤层顶底板岩性、煤体结构和煤的变质程度等。 1.1煤层埋藏深度 煤层埋藏深度的增加不仅会因地应力增高而使煤层和围岩的透气性降低，而且瓦斯向地表运移的距离也增大，这二者的变化均朝着有利于封存瓦斯，而不利于放散瓦斯的方向发展。研究表明：当深度不大时，煤层瓦斯含量随埋深的增大基本上呈线性规律增加；当埋深达到一定值后，煤层瓦斯含量将趋于常量。另外有一些研究表明：1) 在煤层瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量随着煤层埋藏深度的增加而呈单调递增趋势。而随着深度的不断增加，瓦斯含量增长率逐渐减小，达到一定的深度，煤层瓦斯含量基本保持不变。2) 当煤层埋藏超过一定深度时，预测瓦斯含量呈下降趋势2。 1.2煤层围岩 煤系地层岩性组合及其透气性对煤层瓦斯含量有重大影响。围岩条件直接影响煤层瓦斯赋存量的大小,决定了煤层顶底板岩性及其透气性的强弱。顶板岩层越疏松、颗粒及孔隙度越大,越利于瓦斯运移逸散3。煤层及其围岩的透气性越小，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量就高。 甲烷对煤层及岩石的透气性系数表 从表中可以看出:可见孔隙与裂缝发育的砾岩、砂岩和灰岩的透气性系数非常大，它比致密而裂隙不发育的岩石（如砂页岩、页岩、泥质页岩等）的透气性系数高成千上万倍；故而在漫长的地质年代中，会排放大量的瓦斯。 1.3煤变质程度 煤变质程度的增高,使煤层瓦斯生成量增大,煤对瓦斯的吸附能力增强。所以,煤变质程度高为煤层瓦斯的生成和富集创造了有利条件4。一般情况下，在瓦斯带内，倘若其他因素相同、煤化作用程度不同的煤，其瓦斯含量不仅有所不同，且随深度增加其瓦斯含量增加的量也有所不同。 1.4地质构造 地质构造既可改变煤层赋存形态及煤体结构,又可改变煤层围岩透气性能5。具体而言，影响煤层瓦斯赋存的因素包括以下几方面：褶曲构造、断裂构造，构造复合、联合，构造组合以及水文地质条件。褶曲使煤层在背斜、向斜轴部增厚,翼部变薄,褶曲发育部位多为厚煤层区段,同时也呈小断裂发育。煤厚发生变化使瓦斯释放运移、集聚条件相应改变,褶曲轴部煤层瓦斯含量成倍增长,瓦斯压力增大,瓦斯涌出量增高。断裂构造对瓦斯形成后的运移、赋存与分布起着直接控制作用。张性、张扭性断裂一般为开放性断层,对煤层瓦斯的流动起到排放作用,当接近此类断层时煤层瓦斯含量明显下降;压性与压扭性断层一般属于封闭性断层,对煤层瓦斯起到封闭作用,不利于瓦斯逸散。在此类断层区域内的煤层瓦斯含量明显增大6。 1.5煤体结构 构造应力使煤层形态和煤层厚度发生次生变化,使煤体构造遭到破坏。煤层结构的破坏不仅对瓦斯赋存有利,而且使煤体强度明显降低。构造煤具有快速解吸和涌出瓦斯的能力、高吸附能力、低透气性、高弹性能、低强度,易于形成高应力梯度和高瓦斯含量梯度带。凡是构造煤变厚的地段,瓦斯涌出量明显增大7。 1.6采矿工作 煤矿井下采矿工作会使煤层所受应力重新分布，造成次生透气性结构；同时，矿山压力可以使煤体透气性增高或降低，其表现为在卸压区内透气性增高，在集中应力带内透气性降低。这种情况会引起煤层瓦斯赋存状态发生变化，具体表现为在采掘空间中瓦斯涌出量的忽大忽小；如开采上、下保护层时，在保护范围内，由于煤（岩）体透气性的增大，使得煤体中的瓦斯大量释放。 工作面回采时，由于暴露面积和围岩移动大为增加，近工作面的透气性较掘进巷道时增大更多；这种增大往往会导致瓦斯涌出量的增大；然而回采时又必然形成具有最大值不断变 化的应力集中带，且其最大应力值沿工作面长度分布，因而又会造成透气性降低，而集中应力最大值的增加是因局部集中应力引起的，如掘进巷道、矸石充填带、地质破坏、工作面形状、邻近层留的煤柱、顶底板岩石等的影响。因此，回采时煤体透气性变化的特点更为复杂，并常常取决于大量的不经常明显表现出来的因素。这种情况给煤层瓦斯赋存状态带来的变化也是十分复杂的，往往表现出来的是工作面瓦斯涌出量的变化不定，个别情况下还容易引起煤与瓦斯突出。 2.煤层瓦斯流动规律 2.1流动的原因 矿井瓦斯主要生成于煤的变质阶段,以吸附和游离两种状态存在于煤层中。由于煤层渗气性弱,瓦斯在煤层中不易放散,因此瓦斯以具有压力的气体存在于煤层中。我国各主要瓦斯煤田在目前的开采深度上,瓦斯压力约为10~40大气压。矿井巷道空间的空气压力为1个大气压,采掘工作破坏了原有瓦斯压力的平衡,在煤层中形成了流动场。 这种由高压向低压的流动大多数表现为涌出,在特殊情况下也可以形成喷出和突出。煤面的瓦斯涌出一般随煤面暴露时间的增长而逐渐减少。矿井中各生产地点的瓦斯涌出除了与地质条件、瓦斯压力、透气性以及气候条件等自然因素有关外,还与生产过程、采掘方法、开采强度、矿山压力的活动、通风制度等采矿因素有着密切的关系,因此矿井瓦斯的涌出是不均衡的。除开采煤层本身的瓦斯涌出外,邻近煤层在层间岩石卸压或破裂以后,也向开采空间放散瓦斯,其涌出规律与矿山压力的活动和层间岩石性质以及顶板管理的方法有关。 2.2流动的状态 煤层中瓦斯流动的状态随自然因素和采矿空间的几何形状而变化。如按流动方向划分,基本上可分为单向流动、径向流动和球向流动。按流动场与空间时间的关系划分,则可分为有限的、无限的、稳定的与不稳定的流动场8。如下图所示 2.3瓦斯流动理论 煤层瓦斯流动理论是专门研究煤层内瓦斯压力分布及瓦斯流动变化规律的理论,根据应用范围和使用条件的不同,煤层瓦斯流动理论有以下几种。 ①线性瓦斯流动理论 线性瓦斯渗流理论认为,煤层内瓦斯运移基本符合线性渗透定律—达西定律，1856年,法国水力学家Darcy通过实验总结出了著名的Darcy定律。这个定律是反映水在岩土孔隙中渗流规律的实验定律。这个定律说明了水通过多孔介质的速度同水力梯度的大小及介质的渗透性成正比。这个理论同样适用于瓦斯在每层中的流动，瓦斯好比水，煤层孔隙好比多孔介质。 ②瓦斯扩散理论 煤是一种典型的多孔介质,根据气体在多孔介质中的扩散机理的研究,可以用表示孔隙直径和分子运动平均自由程相对大小的诺森数Kn= d/ λ 式中d———孔隙平均直径,m λ———气体分子的平均自由程,m 将扩散分为一般的菲克型扩散、诺森型扩散和过渡型扩散。Kn≥ 10时,孔隙直径远大于瓦斯气体分子的平均自由程,这时瓦斯气体分子的碰撞主要发生在自由瓦斯气体分子之间,而分子和毛细管壁的碰撞机会相对较少,此类扩散仍然遵循菲克定理,称为菲克型扩散。当Kn≤ 0.1时,分子的平均自由程大于孔隙直径,此时瓦斯气体分子和孔隙壁之间的碰撞占主导地位,而分子之间的碰撞退居次要地位,此类扩散不再遵循菲克扩散,而为诺森扩散。当0.1时,孔隙直径与瓦斯气体分子的平均自由程相似,分子之间的碰撞和分子与面的碰撞同样重要,因此此时的扩散是介于菲克型扩散与诺森扩散之间的过渡型扩散。 ③瓦斯渗透-扩散理论 瓦斯渗透与扩散理论认为,煤层内瓦斯运动是包含了渗透和扩散的混合流动过程。煤层中存在相互沟通的裂隙网络,沿着这些裂隙网络,游离瓦斯流向低压工作面,而煤体的透气率与该裂隙网络密切相关。与此同时,块煤内部的瓦斯解吸,向裂隙扩散,因此煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯的流动状况9。 ④非线性瓦斯流动理论 著名的流体力学家EM. Allen指出,将达西定律用于描述从均匀固体物(煤样)中涌出瓦斯的试验,结果导致了与实际观测不相符合的结论。从通过变化压差测定煤样瓦斯渗透率看,达
