矿井瓦斯防治课程复习题1

复习思考题

1.煤层瓦斯的垂直分带及其特征？

煤层瓦斯垂向一般分为瓦斯风化带和甲烷带，瓦斯风化带是CO2— N2带、N2带、N2—CH4带的统称，各带不仅瓦斯组分不同，而且瓦斯含量也不同。

2.甲烷带内瓦斯含量、瓦斯压力分布特征？

（1）煤层瓦斯含量随埋深增加而增大；（2）煤层瓦斯压力随埋深增加而增大；（3）矿井相对瓦斯涌出量随埋深增大而增大；（4）随着埋深增加，有可能出现瓦斯异常涌出、瓦斯喷出、甚至瓦斯突出的情况

3.煤的孔隙分类及其与瓦斯运移特征的关系？

微孔：直径小于10nm，构成煤中的吸附容积；

小孔：直径10nm-100nm，构成毛细管凝结及瓦斯扩散空间；

中孔：直径100nm-1000nm，构成缓慢的层流渗透区域；

大孔：直径1000nm-100000nm，构成强烈层流渗透区域；

可见孔/裂隙：直径大于100000nm，构成层流及紊流混合区域。

4.煤的孔隙率与变质程度的关系？

煤的孔隙率随变质程度的变化呈一马鞍型变化关系，即中变质程度的焦煤和瘦煤孔隙率最低，低变质程度的褐煤和高变质程度的无烟煤孔隙率均较大。

5.煤的吸附、解吸及其Langmuir吸附方程。

吸附：分子由自由态进入到吸附位的过程，是吸热过程。

解吸：分子由自由态进入到吸附位的过程，是放热过程。

Langmuir方程：

式中：a—吸附常数，表示在给定温度下，单位质量固体的表面饱和吸附气

体时，吸附的气体体积，, cm3/g，一般为15-55 m3/t ；

b—吸附常数，MPa-1，一般为0.5-5.0MPa-1；

p—吸附平衡时的瓦斯压力，MPa；

V—在给定温度下，瓦斯压力为p时单位质量固体的表面吸附的气体体积，

m3/t。

6.煤层瓦斯含量的影响因素？

煤的变质程度:变质程度越高，瓦斯生成量越大，保留下来的瓦斯量相对也较大；变质程度越高，对瓦斯的吸附能力越大，瓦斯解吸、逸散的可能性相对较小；高变质程度的煤的瓦斯含量较大。

煤层和围岩的透气性:透气性越大，瓦斯越容易流失，瓦斯含量小；反之，瓦斯易于保存，煤层瓦斯含量大。

埋藏深度：埋藏越深，运移距离越长，地层压力越大，二者都有利于封存瓦斯。

煤层倾角：倾角大，多数遭受过剧烈地层抬升过程，使大部分瓦斯得以释放，有利于瓦斯逸散。

煤层露头：煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越

多，反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量较高。

地质构造：封闭型地质构造有利于封存瓦斯，开放型地质构造有利于排放瓦斯。

地层的地质变迁史：地质过程及其延续时间的长短都对煤层瓦斯含量的大小产生巨大的影响。

水文地质：水溶解、驱替、携带瓦斯，使瓦斯含量降低。水吸附于孔隙表面，阻碍了瓦斯解吸。即“水大瓦斯小，水小瓦斯大”

7.煤层瓦斯流场的分类及其井下实例？

按空间瓦斯流动方向变化，流场可分为单向流动（如薄及中厚煤层中的煤巷与回采工作面煤壁内的瓦斯流动就属于单向流动）、径向流动（如石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时，在煤壁内的瓦斯流动就属于这一类）、球向流动（如在厚煤层中煤巷的掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进入煤层时以及采落的煤块从其中涌出

瓦斯的流动。）。

按流场在时间上的变化，可分为稳定流动（如煤层暴露初期的瓦斯流场都是非稳定流场。）、非稳定流动（如经过长期排放的煤壁趋于稳定流场）

8.Fick定律的含义及定义式？

瓦斯在小孔(＜1μm)与微孔(＜0.1μm)内的运移主要为扩散运动，即瓦斯分子在其浓度(或密度)梯度的作用下由高浓度向低浓度方向运移。可用菲克(Fick)定律来描述。

式中：dm——微单元上的瓦斯扩散量，m3/m2；

dc/dl——瓦斯浓度梯度或密度梯度，（m3/m3）/m;

D ——扩散系数，m2/s

9.Darcy定律的含义及定义式？

瓦斯在小孔(>1μm)以上的孔隙或裂隙内流动的雷若数Re<1-10时，此时为线性

层流，符合达西定律。

式中：V——渗流流速，m/s；

K——煤层渗流率，m2（达西，1达西=9.869×10-13m2）；

μ——流体的绝对粘度，Pa·s；

10.煤层透气性系数的物理意义？

在1m3煤体的两侧，瓦斯压力平方差为1MPa2时，通过1m长度的煤体，在1m2煤面上每日流过的瓦斯量(t℃，标准大气压力下)。1m2/(MPa2·d)相当于该煤层的渗透率为2.5x1017m2(0.025毫达西)。

11.煤层瓦斯含量与矿井瓦斯相对涌出量的含义辨析。

煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤体中含有的瓦斯总量,包括吸附态瓦斯和游离态瓦斯，矿井瓦斯相对涌出量是指平均日产一吨煤所涌出的瓦斯量。二者表达单位相同，但是物理意义不同，数量上而已不相等，瓦斯涌出量不仅包括来自于采出煤炭所涌出的瓦斯，还包括矿井内一切煤层岩层涌出瓦斯，尽管采出煤的残余瓦斯含量随煤运至地面而没涌入矿井，但是后一来源的量大，所以相对涌出量比开采层的瓦斯含量大。

12.矿井主要瓦斯涌出源及其构成有哪些？

掘进巷道的瓦斯涌出：包括巷道壁、迎头煤壁和采落煤炭的瓦斯涌出。

巷道瓦斯积聚层：由于瓦斯比空气轻，具有上浮的特点，加之顶煤瓦斯涌出，

当顶板不平滑且风量不足时，巷道顶部可能形成高浓度瓦斯的层状积聚。

回采工作面的瓦斯涌出：一部分来自本开采层，另一部分来自于受采动影响的邻近煤层与围岩。

13.影响矿井瓦斯涌出的因素有哪些？

（1）自然因素：煤层和围岩的瓦斯含量：含量越高，相对瓦斯涌出量也越大。

开采深度：瓦斯风化带内，矿井瓦斯涌出量与深度无关，甲烷带内，矿井瓦斯涌出量随深度增加而增大

地面大气压变化：大气压只影响封闭空间内的瓦斯涌出，对煤壁、落煤瓦斯涌出

几乎无影响。

（2）开采技术因素：开采顺序与回采方法：分层开采时首采分层瓦斯涌出量大，回采率低的工作面瓦斯涌出量大；

回采速度与产量：回采速度较小时，邻近层和围岩的相对瓦斯涌出量较大；产量越大，绝对瓦斯涌出量越大，但相对瓦斯涌出量却有可能减小；采落煤快速集中运输时，落煤运输过程中的瓦斯涌出量减小。

落煤工艺及老顶来压步距

通风压力和采空区封闭质量：高负压通风使采空区内的瓦斯更易涌出到工作面；采空区封闭质量不好，易导致其内部的瓦斯向外涌出；通风压力过大时，也对采空区瓦斯涌出有促进作用。

回采工作面通风系统：沿空留巷：巷道直接与邻近采空区沟通，邻近采空区内瓦斯直接涌出到工作面区域；带有煤柱的巷道：煤柱与采空区隔离，阻止邻近采空区瓦斯向工作面区域涌出

14.现行的矿井瓦斯等级如何划分？

相对瓦斯涌出量：q相、绝对瓦斯涌出量：q绝

（一）低瓦斯矿井：q相≤10m3/t，and q绝≤40m3/min。

（二）高瓦斯矿井： q相＞10m3/t or q绝＞40m3/min。

（三）煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井

15.简述开采层瓦斯抽采的原理？