煤矿瓦斯基础知识

煤层开采时的CH4含量：最大可超过30m3/t 煤层开采时的CH4含量：是煤本身体积的3040倍！为什么煤中能容下这么多瓦斯呢？ 煤层中赋存的瓦斯80-90%以上为吸附瓦斯。
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四、煤层瓦斯赋存形态
• 2. 煤层瓦斯赋存状态
吸附瓦斯：以单分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和 超微孔的表面上；物理吸附，CH4分子和C分子 相互吸引的结果 游离瓦斯：自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或 裂隙中的瓦斯，存在于渗透容积之中 煤的瓦斯含量：吸附瓦斯占80%~90%，微孔、超 微孔的内表面积高达200m2/g，吸附容积相当大 动态平衡：在一定的瓦斯压力和温度条件下，两 者相对平衡
1. 真空脱气法
取样时损失量 现场解吸量 粉碎前脱气量 粉碎后脱气量
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Байду номын сангаас
五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
1. 真空脱气法
取样时损失量 现场解吸量 粉碎前脱气量 粉碎后脱气量
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五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
2. 常压解吸法
推算损失量
采样、装罐 井下温度条件 现场自然解吸 自然解吸量 井下自然解吸
取样时损失量 瓦 斯 含 量 现场解吸量
*少量、多份
罐密封送实验室 解吸量（粉碎前） 常温自然解吸
粉碎前解吸
称重
粉碎前解吸量 粉碎后解吸量 1atm残存解吸量
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粉碎、真空脱气
解吸量（粉碎后） 球磨罐粉碎常温下自然解吸
煤质分析
计算含量 损失量+自然解吸量+残存解吸量 煤样重量
五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
2. 常压解吸法
取样时损失量 瓦 斯 含 量 现场解吸量 粉碎前解吸量 粉碎后解吸量 1atm残存解吸量
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五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
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四、煤层瓦斯赋存形态
• 2. 煤层瓦斯赋存状态
煤内瓦斯的存在状态示意图 1—游离瓦斯；2—吸附瓦斯；3—吸收瓦斯；4—煤；5—孔隙
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四、煤层瓦斯赋存形态
• 3. 煤的孔隙特征 煤是一种多孔固体。煤的孔隙性决定着煤 吸附瓦斯的能力、煤的渗透性和强度性质。 煤中孔隙可分为以下三种：
大孔
小孔（过渡孔）
技术要点：采用打钻、封孔、测压的方法实测煤层瓦斯 直接测定法 压力的方法。 技术关键：封孔技术。
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力 2.1 直接测定法分类
充填封孔法 1、黄泥封孔 2、水泥砂浆封孔 封 孔 法 方 法 压 力 恢 复 方 法 被动测压法 主动测压法
封孔器法
3、胶圈-粘液封孔 4、聚氨酯封孔
北票台吉矿-550水平，埋深729m；
世界实测最大瓦斯压力： 13.6MPa，乌克兰顿
巴斯彼得罗夫深矿，1425m。
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力
方法分类 技术要点与技术关键
技术要点：根据瓦斯含量、吸附常数（a,b值）、煤质参 简接测定法 数等，按照公式计算煤层瓦斯压力的方法。 技术关键：各种基础参数的准确测定。
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五、煤层瓦斯基本参数
• 1. 煤层瓦斯含量 1.2测定方法
直接测定法
GB/T 19559-2004 煤层气含量测定方法——地勘瓦斯含量 中联煤层气有限责任公司和煤炭科学研究总院西安分院起草 MT/T 77-94 煤层气测定方法(解吸法)——地勘瓦斯含量（被替） 山东煤田地质局、内蒙古煤田地质局、煤炭科学研究院抚顺研 究所负责起草 GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法 煤炭科学研究院抚顺分院、煤炭科学研究院重庆分院负责起草 真空脱气法
取样时损失量 现场解吸量 粉碎前脱气量 粉碎后脱气量
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五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
1. 真空脱气法
取样时损失量 现场解吸量 粉碎前脱气量 粉碎后脱气量
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五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
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一、认识瓦斯
• 3. 瓦斯的主要危害
突出：煤与瓦斯突出（简称突出）是煤矿井下
发生的一种复杂的、有煤（岩）和瓦斯参与的
动力现象。发生瓦斯突出时，在几秒至几十秒
的时间内将几吨到上万吨的煤和几百立方米到 几百万立方米的瓦斯抛射到采掘空间，极易诱 发瓦斯窒息和瓦斯爆炸事故，对井下作业人员、 通风构筑物和设施具有极大的危害性。
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四、煤层瓦斯赋存形态
• 4. 煤的吸附性
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五、煤层瓦斯基本参数
• 1. 煤层瓦斯含量
煤层瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的
基础数据，是矿井通风及瓦斯抽采设计 的重要参数之一，更是突出矿井消突是 否达标的主要考察指标。
瓦斯含量是指煤层在自然条件下单位重
量煤所含的瓦斯量，m3/t。
原始瓦斯含量、残存瓦斯含量。
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力 2.2 封孔方法——黄泥封孔
适用性：可用于任何角度的测压孔 优点：不干裂，不收缩，密封性好； 缺点：费时费力，封孔质量不好易漏气。
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力 2.2 封孔方法——水泥砂浆封孔
收缩线
适用性：只可用于>45°的上向或下向测压孔 优点：操作简单 缺点：水泥砂浆具有一定收缩性
残余解吸量（粉碎前） 常温真空脱气+95℃真空脱气
粉碎后真空脱气
残余解吸量（粉碎后） 球磨罐粉碎+95℃真空脱气
称重、工分
粉碎后脱气量
计算含量 损失量+解吸量+粉碎前脱气量+粉碎后脱气量 煤样重量
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五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
1. 真空脱气法
2. 常压解吸法
取样时损失量 瓦 斯 含 量 现场解吸量 粉碎前解吸量 粉碎后解吸量 1atm残存解吸量
Xb 0.1ab 100 Ad M ad 1 1 0.1b 100 1 0.31M ad
Xb ——煤在标准大气压力下的不可解吸瓦斯量，cm3/g；
式中：
a ——煤的瓦斯吸附常数，cm3/g；
煤矿瓦斯基础知识
内容提要
一．认识瓦斯 二．煤层瓦斯的成因 三．煤层瓦斯分带 四．瓦斯赋存形态 五．煤层瓦斯基本参数 六．矿井瓦斯涌出 七．瓦斯爆炸及其防治技术 八．瓦斯抽放技术概述 九．瓦斯突出防治技术概述
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一、认识瓦斯
• 1. 瓦斯的概念
广义： 煤层中所含有的气体的总称。CH4、CO2、 N2、 H2S、SO2、H2、重烃等。
b ——煤的瓦斯吸附常数，MPa-1； Ad ——煤的灰分，%； Mad——煤的水分，%；
π—— 煤的孔隙率，cm3/cm3；
γ——煤的容重(假比重)， g/cm3。
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力
煤层孔隙中所含的游离瓦斯呈现出来的压力。 迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：8.25MPa，
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力 2.2 封孔方法——胶圈-粘液封孔
适用性：可用于任何角度的测压孔，裂隙发育 优点：可有效封堵围岩裂隙，处于承压状态 缺点：孔壁钻屑可导致胶囊密封漏气
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五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力 2.2 封孔方法——聚氨酯封孔
麻布聚氨酯式
软胶囊聚氨酯 式
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五、煤层瓦斯基本参数
• 1. 煤层瓦斯含量 1.1 影响煤层瓦斯含量的主要因素
煤层的埋藏深度
煤层与围岩的透气性 煤层倾角和露头
地质构造
煤的吸附特性
地层的地质史
水文地质条件
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五、煤层瓦斯基本参数
• 1. 煤层瓦斯含量 1.2测定方法
间接测定法
abP 100 Ad M ad 1 10P X 1 bP 100 1 0.31M ad
与煤层的覆盖条件有关；
与地质变迁有关。
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三、煤层瓦斯分带
• 1. 瓦斯分带的特点
N2－CO2带 N2带 N2－CH4带 CH4带
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瓦 斯 风 化 带
三、煤层瓦斯分带
• 2. 瓦斯带起始边界的确定
按下列指标确定 CH4浓度≥80%
CH4压力≥0.1~0.15MPa CH4含量 1.0~1.5m3/t (长烟煤)
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三、煤层瓦斯分带
• 4. 瓦斯风化带的影响因素 瓦斯风化带深度取决于一系列地质因素的影 响 含煤地层排放瓦斯时间的长短 地层错动程度 剥蚀过程 覆盖层
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三、煤层瓦斯分带
• 5. 瓦斯风化带的范围 对不同矿区，煤层瓦斯风化带深度变动很大
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四、煤层瓦斯赋存形态
• 1. 煤层瓦斯含量 成煤过程中的CH4生成量：
狭义： 专指CH4。
旧称： 沼气（正规场合已经不用了）。 煤层气： 同广义的“瓦斯”，常用于煤层 气开发利用领域。
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一、认识瓦斯
• 2. 瓦斯的性质
化学式：CH4 性 分子量：16.042kg/kmol
状：无色、无味、无臭、无毒 水溶性：难溶于水
气态密度：0.7168kg/m3
液态密度：415kg/m3 溶 点： -182.5℃；
2.0~3.0m3/t (气煤) 3.0~4.0m3/t (肥、焦煤) 4.0~6.0m3/t (瘦、无烟煤) 瓦斯涌出量 2~3m3/t
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三、煤层瓦斯分带
• 3. 瓦斯带中瓦斯赋存的特点 煤层瓦斯含量随覆盖层（不包括第四纪冲击 层）厚度（埋深）增加而增大。——掌握这 一规律，可预测深部未揭露煤层的瓦斯含量 的大小。 矿井瓦斯涌出量随开采深度增加而增加。掌 握这一规律，可以预测深部采区生产时期的 矿井瓦斯涌出量大小，为矿井设计提供依据。
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常压自然解吸法
五、煤层瓦斯基本参数
GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法
1. 真空脱气法
推算损失量
采样、装罐 井下温度条件 自然解吸量 自然解吸，一般井下2h，地 面24h
现场自然解吸
取样时损失量
罐密封送实验室
瓦 斯 含 量
现场解吸量 粉碎前脱气量
*全部重量
粉碎前真空脱气
安全空间呢？
回风流瓦斯浓 度，充分混合 后的平均值
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局部瓦斯浓度 上隅角、高顶
一、认识瓦斯
• 3. 瓦斯的主要危害
6
一、认识瓦斯
• 3. 瓦斯的主要危害
燃烧：大于 16% 。瓦斯燃烧也是高瓦斯矿主要
灾害之一。
窒息：井下空气中，瓦斯浓度较高时，氧气含
量下降，降至 12% 以下时，因人缺氧而窒息死 亡。 高浓度瓦斯窒息 溺水窒息
5.0
6.4
7.2
8.5
9.0
8.2
7.5
膨胀开始时间／min
2
2
2.5
3
4
7
6
不同配比聚氨酯透气性能
黑白料配比 1：0.7 1：0.8 1：0.9 1：1.0 1：1.1 1：1.2 1：1.3
透气压力/ MPa
0.9
1.2
1.35
对空气的比重：0.5545；
沸点：-161.7℃（0.1MPa） 扩散系数：0.196cm2/s；
水中的溶解度： 33.1 ～55.6 l/m3
空气中的爆炸下限：5%；
发热量：8568大卡/m3
空气中的爆炸上限：16%；
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一、认识瓦斯
• 3. 瓦斯的主要危害
爆炸：5%~16% 井下允许的瓦斯浓度：1%。为何要留这么大的
＞1000 Å
100~1000 Å
渗透容积
扩散容积
微孔
＜100 Å
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吸附容积
四、煤层瓦斯赋存形态
• 4. 煤的孔隙率 孔隙率是煤 中孔隙体积 与实体煤体 积之比率。 煤的孔隙率 的大小与煤 的变质程度 有关。
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四、煤层瓦斯赋存形态
• 5. 煤的吸附性 煤是一种很好的吸 附剂。 煤吸附瓦斯量的多 少主要取决于煤的 变质程度，同时还 取决于瓦斯压力、 煤体温度、煤中内 在水分及煤的岩相 成分。
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一、认识瓦斯
• 3. 瓦斯的主要危害
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二、煤层瓦斯的成因
• 1. 瓦斯的形成 煤层瓦斯是腐植型有机物在成煤过程中的伴生 产物。 煤层瓦斯的生成过程，一般经历两个成气时期：
生物化学成气时期 变质作用成气时期
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二、煤层瓦斯的成因
• 2. 瓦斯的逸散和保存 煤层瓦斯含量的大小 与成煤时期的瓦斯生成有关；
适用性：可用于任何角度的测压孔 优点：具有发泡膨胀性，充填效果好 ;
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缺点：造价高，操作难度较大
五、煤层瓦斯基本参数
• 2. 煤层瓦斯压力 2.2 封孔方法——聚氨酯封孔
不同配比聚氨酯膨胀倍数和膨胀时间
配比 1：0.7 1：0.8 1：0.9 1：1.0 1：1.1 1：1.2 1：1.3
膨胀倍数