《安全工程学十二》PPT课件

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1.6 煤层瓦斯压力
瓦斯压力的含义 ---- 煤层孔隙或裂隙内气体分子自由运动撞
击所产生的作用力。 特点：
空气
CO2-N2 N2
N2-CH4
-200m -400m
CH4
-600m
-800m
瓦斯
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-1000m
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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。
CO2－N2带
瓦
N2带
斯
瓦斯风化带
垂
直
N2－CH4带
分
带
CH4带
性
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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。
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矿井瓦斯成分很复杂，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（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷等）、
氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫(SO2)、硫化 氢(H2S)等。
煤层垂向各带气体组份表
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。
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1.4 煤的孔隙特征
煤是一种复杂的孔隙性介质，有着十分发达的各 种不同直径的孔隙和裂隙。形成庞大的自由空间和 表面。
煤是一种孔隙----裂隙性介质，它决定煤----CH4 体系的许多特性。EX：
第六章 矿山安全技术
第一节 矿井瓦斯防治 第二节 矿尘防治
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第一节 矿井瓦斯防治
1、煤层瓦斯赋存与含量 2、矿井瓦斯涌出 3、瓦斯喷出 4、煤与瓦斯突出及其预防
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1、煤层瓦斯赋存与含量
1.1 矿井瓦斯的概念与性质 一、矿井瓦斯的含义
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。
集气性----CH4的存在形态、含量，etc; 渗透性----流态、流出形式、涌出量；
力学特性----强度、弹性、脆性。
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1.5 煤的吸附特性 一、概述 1、吸附现象
气体分子与固体表面分子间相互作用，气体分子 暂时停留在固体表面上的现象。
吸附剂----能吸附其它物质的介质，如：煤； 吸附质----被吸附的物质，如CH4 。 2、吸附分类 ① 根据吸附方式分： 表面吸附（吸着）----在吸附剂表面吸附一层或 多层吸附质分子。 容积吸附（吸收）----吸附质分子紧密地充满于 吸附剂的微小孔隙内，精类选PPT似于溶质溶解于溶剂中。14
来源： （1）煤、岩层涌出（烷烃、环烷烃、芳香烃）； （2）生产过程中产生（CO2、NO2、H2等） （3）井下化学、生物化学反应生成（CO2、H2S、SO2） （4）放射性元素蜕变过程生成（Rn、He等）
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二、CH4的性质 无色、无味、无嗅的气体，可燃烧、爆炸； 分子量：16.049，分子直径：0.41nm， 密度：0.716Kg/m3(气态)、424.5Kg/m3(液态) 相对空气密度：0.554, 难溶入水
② 根据吸附作用力分： A）物理吸附 特点：Ⅰ、作用力为范德华力，作用距离极小
（1/r7）,仅限于界面附近； Ⅱ、可逆的----不稳定的动平衡。
解 P or t 吸 吸 P or t 附
Ⅲ、吸附是一种放热反应，解吸，吸热。
如：煤-------CH4，吸附热：0.5~1.2Kj/mol
B）化学吸附
作用力为离子键，不精可选PPT逆。
（烟煤）
C54H42O5
（烟煤）
C13H4 + 2CH4 + H2O
（无烟煤）
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特点：
（1）碳化过程生成的大量气体。
初期：主要为CO2，CH4不多。随着碳化程度的 提高，CO2减少，CH4增多，同时生成重烃。 （2）碳化的同时，煤的物质分子式、结构发生变化
（3）因覆盖层增厚，生成的气体大多得以保存。但
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二、影响煤与瓦斯吸附量的主要因素
1、瓦斯压力
t=const ,P
X
2、温度
P = const t
X
温度每升高1℃，吸附瓦斯的能力降低约8%。
3、瓦斯的性质
对于特定的煤，在t、P一定时，
CO2的吸附量 ＞ CH4的吸附量 ＞ N2的吸附量 4、煤的变质程度
变质程度反映了煤的表面积与化学组成。
变质程度越高（Vr ） X 精选PPT
煤层瓦斯含量远小于生成量。
减少的原因：
（1）地质构造运动；
（2）运移到适于贮存地点，形成气藏；
（3）溶解于水中（长久地质年代过程中）；
（4）逸散于大气中（精选从PPT 煤层露头）。
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（3）其它主要气体
➢ CO2，成因： ① 变质生成。易逸散于大气中，溶解于水，生成
碳酸盐，所以，深部煤层中很少含有CO2； ② 生物化学作，浅部生物圈内(微生物生化作用)
③ 火山活动，岩浆接触变质，生成大量CO2。如： 窑街、营城局；
④ 煤氧化。特别是煤的低温氧化。
➢ N2 来自大气。
➢ He
放射性元素蜕变的产物。精选PPT
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1.3 煤层瓦斯赋存的垂直分带性
煤层瓦斯主要成分：CH4、CO2、N2。 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。
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5、煤中的水份 水份的增加使煤的吸附能力降低。
艾琴格尔经验式：
1 XchXg 10.3W 1
式中：Xch----含有水份时瓦斯吸附量； Xg----不含有水份时瓦斯吸附量； W----水份含量。
6、煤中的灰份（Ac）
灰份不吸附瓦斯，我国习惯于用可燃基作单
位。
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1 0 0精选PPT
两个阶段： （1）生物化学阶段（从植物遗体到泥炭）
特点：埋藏浅，覆盖层胶结不好，煤层保存气体少。
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（2）变质阶段（从泥炭到烟煤）
泥炭
褐煤
烟煤
无烟煤
如：
4C16H18O5
（泥炭）
C57H56O10+4CO2+3CH4 +2H2O
（褐煤）
C57H56O10
（褐煤）
C54H42O5 + CO2 +2CH4 + 3H2O
三、CH4的危害及其经济价值 1、危害性 （1）燃烧、爆炸 （2）窒息 （3）喷出、突出
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2、重要能源 CH4 + 2O2→CO2 + 2H2O + Q 1m3CH4→37022.2kJ 相当于1~1.5Kg烟煤。
1.2 煤层瓦斯的成因
煤层瓦斯是腐植型有机物（植物）在成煤过程 中生成的。