瓦斯地质学期末复习资料

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。

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、生物成因两个阶段：原生生物成因次生生物成因2、热成因两个阶段：热解成因裂解成因煤层瓦斯发生率煤层瓦斯发生率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。

瓦斯在煤体内赋存状态游离瓦斯（10-20%）吸附瓦斯（80-90%）煤的瓦斯解吸特征○1煤的瓦斯解吸：煤层压力降到一定程度，煤中被吸附的甲从微表面分离，即发生解吸，他是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。

常用解吸率和解吸量和解吸速度来衡量。

○2煤的解吸瓦斯量：瓦斯压力从平衡状态下过渡到正常标准大气压下，煤体释放的瓦斯量。

○3煤的瓦斯解吸率：解吸气量与总气量的比值称为解吸率。

影响瓦斯吸附量的主要因素1、瓦斯压力2、气体性质3、煤的比表面积4、温度：煤的变质程度5、煤体中的水分：煤的孔隙类型（按成因）原生孔变质孔外生孔矿物质孔煤中孔隙分类（大小）微孔小孔中孔大孔可见孔及裂隙煤尘裂隙系统：1内生裂隙系统 2气胀裂隙系统3外生裂隙系统聚煤期前后平静水体环境有利瓦斯赋存聚煤期前后冲积环境沉积不利于瓦斯赋存影响瓦斯赋存的地质条件：1含煤岩系沉积环境2煤的变质程度3煤层围岩特征4地质构造5煤层埋藏深度6煤田的暴露程度7水文地质条件8岩浆活动围岩特征1.孔隙性、渗透性、孔隙结构2.围岩力学性质和变形特点孔隙性：绝对孔隙度（绝对孔隙度）、有效孔隙度围岩孔隙结构孔隙：系统中膨大部分喉道：沟通孔隙的部分围岩力学性质强岩层：不易塑性变形，易破裂(砂岩和石灰岩) 弱岩层：发生塑性变形(煤层、细碎屑岩类)褶皱构造 (简答题或论述题)褶皱作用一方面使煤层抬升，造成煤层的静压力随之降低，使瓦斯易于解吸；另一方面，褶皱作用的局部区域，特别是在背斜、向斜轴部等受力较强部位裂隙发育，煤层内储气空间增加，这不仅进一步使储层压力下降，而且还使煤层渗透率增加，有利于瓦斯的解吸。

褶皱类型、封闭情况等影响瓦斯赋存。

通常，向斜构造比背斜构造对瓦斯保存有利；向斜两翼地层倾角越大煤层瓦斯越容易散失；背斜轴部张性裂隙发育，且覆盖层相对较薄，瓦斯容易逸散，不利于煤层瓦斯保存。

推覆构造由冲断层及其上盘推覆体和下盘组合而成的整体构造。

冲断层总体倾斜平缓，常呈上陡下缓的铲状或下陡上缓的倒铲状，也可呈陡、缓相间的台阶状。

上盘为由远距离（数千米至上百千米）推移而来的外来岩块，称推覆体。

下盘为较少位移的原地岩块。

推覆构造多发育于造山带及其前陆地区。

a在挤压应力的作用下形成的褶皱构造中的逆断层层面的倾角极缓、呈波状起伏（有利于瓦斯保存）；b上盘岩席规模往往较大，对推覆体下伏地层和煤层构造破坏更为强烈（煤的渗透率降低）。

构造复合、联合（可能出判断题）特点：1、应力集中、高变质煤、瓦斯大；2、易于瓦斯保存的封闭条件水文地质条件 1.水力运移及逸散作用：由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中瓦斯的运移；另一方面又带动溶解于水中的瓦斯一起流动。

地下水的活动有利于瓦斯的逸散。

地下水和瓦斯占有的空间是互补的，这种相逆的关系，常表现为水大地带瓦斯小，反之亦然。

2.水力封闭作用：煤层气因受水力封闭作用而富集，煤层气含气量较高。

3.水力封堵作用：当煤层及其围岩含水层地下水流向与煤层气运移方向相反时，地下水的流动一方面可以对煤层甲烷向浅部运移产生一定阻力、减缓煤层气的运移速度，另一方面又可携带溶解的部分瓦斯向深部聚集。

岩浆岩活动对瓦斯赋存的影响：（简答题）岩浆活动对瓦斯赋存的影响比较复杂。

岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，增大了瓦斯的生成量和对瓦斯的吸附能力。

(1)在无隔气盖层、封闭条件不好的情况下，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。

(2)岩浆岩体有时使煤层局部被覆盖或封闭，成为隔气盖层。

但在有些情况下，由于岩脉蚀变带裂隙增加，造成风化作用加强，可逐渐形成裂隙通道，而有利于瓦斯的排放。

岩浆活动对瓦斯赋存既有生成、保存瓦斯的作用，在某些条件下又有使瓦斯逸散的可能性矿井瓦斯涌出（可能出名词解释或计算题）是矿井在开拓、掘进、回采过程中，瓦斯从煤层或岩层涌向采掘空间的现象。

开采中瓦斯涌出来源1、按空间分布 a掘进区瓦斯b回采区瓦斯c采空区瓦斯2、按瓦斯涌出源 a本煤层瓦斯b邻近煤层和围岩中瓦斯瓦斯来源：(1)保存煤层中的瓦斯；(2)从煤层中运移出来，保存在围岩中的瓦斯；(3)从煤层中运移出来，溶解于地下水中瓦斯；(4)排放大气中瓦斯。

绝对瓦斯涌出量(m3/min或m3/d)：是指矿井在单位时间内涌出的瓦斯体积，单位是m3/min或m3/d。

计算：Q=(q×A)/1440 Q:绝对瓦斯量 A:矿井日产量 q：相对瓦斯量相对瓦斯涌出量：是指在矿井正常生产条件下平均每采一吨煤所涌出的瓦斯体积，单位是m3/t。

矿井瓦斯涌出方式 1、普通涌出：由采落煤炭和煤层、岩层的新鲜暴露面，通过孔隙、裂隙，缓慢、长时间的涌出。

2、特殊涌出：在极短的时间内，瓦斯又煤体、围岩内突然、大量的涌出，有时还伴有煤粉、煤块和岩石等 a 煤)喷出从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼与瓦斯突 b瓦斯喷出：瓦斯(CO2)异常涌出的现象。

中大量瓦斯(CO2矿井瓦斯等级划分（判断题或简答题）根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为1、低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于10m3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于40 m3/min 2、高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。

3、煤与瓦斯突出矿井煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出是发生在矿井下的一种复杂的瓦斯动力现象，表现为在很短时间内，大量的煤和瓦斯由煤体向采掘巷道喷出，伴随着强大的冲击力，破坏煤壁，摧毁巷道，使风流逆转，煤流埋人，甚至造成严重的爆炸事故。

煤与瓦斯突出是煤矿井下严重的自然灾害之一。

煤与瓦斯突出分类（按动力现象的成因额特征）1、突出2、压出 3、倾出煤与瓦斯突出分类（按突出强度分）小型突出（＜100t）中型突出（≥100，＜499t）大型突出（≥500，＜999t）特大型突出（≥1000t）煤与瓦斯突出分类（按发生地点） 1石门突出 2平巷突出3上山突出 4下山突出 5采煤工作面突出解吸煤层压力降低时，被吸附的瓦斯与煤的内表面脱离，解吸出来进入游离相，是吸附的完全可逆过程扩散由于气体浓度差原因，气体由高浓度向低浓度扩散，达到扩散平衡。

气体穿过煤基质和微孔隙的扩散流动的三种方式：1表面扩散（次要作用）2克努森型扩散 3整体扩散（主要作用）菲克定律（克努森型扩散）扩散量与扩散系数呈正比，与浓度呈反比。

扩散系数测定很难，一般可以用吸附时间近似的表示扩散作用的快慢。

影响瓦斯涌出量的主要因素： (论述题)1、煤层和围岩的瓦斯含量煤层和围岩的瓦斯含量煤层（包括可采层和邻近层）和围岩的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的决定因素，它们的瓦斯含量越高，矿井瓦斯涌出量就越大。

当前矿井的瓦斯涌出量预测把煤层瓦斯含量作为主要依据。

2、开采深度随着开采深度的增大，煤层的瓦斯含量将增大，因而矿井瓦斯涌出量也会相应地增大3、开采规模开采规模是指开拓、开采范围以及矿井的产量而言。

对某一矿井来说，开采规模越大，矿井的绝对瓦斯涌出量也就越大；但就矿井的相对瓦斯涌出量来说，情况比较复杂。

4、开采顺序与开采方法在厚煤层分层开采时，不同分层的瓦斯涌出量也有很大的差别。

一般情况是，第一分层瓦斯涌出量最大，最后一个分层瓦斯涌出量最小。

采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大5、地面大气压力的变化地面大气压力的变化，会引起井下空气压力的变化，地面大气压的变化对煤层暴露面的瓦斯涌出量没有多大影响，但对采空区瓦斯涌出有较大的影响6、煤层与围岩的渗透性对于矿井瓦斯涌出量的大小具有十分重要的影响7、通风压力与风量的增减，必然影响到瓦斯涌出平衡压力的变化，即影响到矿井瓦斯涌出量的变化8、顶板管理方法、生产工序、通风压力、采空区管理方式我国煤与瓦斯突出特点：1、随着采深增大，非突矿井变成突出矿井，数量越来越多 2、石门突出危险性最大 3、突出绝大多数分布在煤巷掘进工作面 4、随煤厚增加突出危险性增加。

5、突出大多发生在地质构造带 6、突出前大多有预兆 7、煤体破坏程度越高，突出危险性越大 8、突出危险区多呈条带状分布。

瓦斯涌出量预测方法：1.矿山统计法矿山统计法的实质是根据对本井或邻近矿井实际瓦斯涌出量资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，来推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。

2.根据煤层瓦斯含量进行预测的分源预测法应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。

3.以数量化理论为基础的瓦斯地质统计法通过瓦斯地质规律研究，分析瓦斯涌出量的变化规律，筛选影响瓦斯涌出量变化的主要地质因素；在此基础上，根据矿井已采地区的瓦斯涌出量实测资料和相关的地质资料，综合考虑包括开采深度在内的多种影响因素，采用一定的数学方法，建立预测瓦斯涌出量的多变量数学模型（预测方程）；利用所建立的数学模型，对矿井未采区域的瓦斯涌出量进行预测。

综合假说：（可能论述题）这是目前国内外多数研究者的观点，即煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯和煤的物理力学性质等因素综合作用的结果。

地应力是指煤层中煤体所受到的地层应力，其来源包括构造应力、地层自重应力和采动应力。

瓦斯因素是指煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力。

煤的物理力学性质主要指煤的破坏程度、煤体抵抗破碎的力学性能（抗压、抗拉、抗剪强度和弹性模量等）及煤层透气性能等。

上述三个因素是相互紧密联系在一起的，至于彼此间在数量上如何组合并决定突出的条件，则还没有了解清楚。

但地应力和瓦斯是发生突出的能量是肯定的。

构造煤类型：碎裂煤碎粒煤粉粒煤糜棱煤煤体结构：煤层在地质历史演化过程中经受各种地质作用后表现出的结构特征。

原生结构：煤层原始沉积时的结构。

煤层未受构造变动，保留原生沉积结构、构造特征，煤层原生层理完整、清晰，仅发育少量内生裂隙和外生裂隙。

构造结构：受构造应力作用，煤的原生结构遭受破坏后所表现出的结构称为构造结构。

构造煤：煤层构造应力作用下，发生成分、结构和构造的变化，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩聚等变质作用的产物构造煤的瓦斯地质特征随着煤体破坏程度的增高，煤的坚固性系数(f值)降低，而瓦斯放散指数(Δp)增大。