煤层瓦斯赋存与流动理论
瓦斯赋存渗流的主要通道
瓦斯赋存渗流的主要通道瓦斯赋存渗流是指在地下煤层或其他矿层中，由于煤层中的瓦斯在地下水或者其他介质的影响下，通过渗透、扩散等方式向煤层周围的空间中移动的过程。
瓦斯赋存渗流的主要通道包括裂隙、孔隙和煤体内部。
裂隙是瓦斯赋存渗流的重要通道之一。
地下煤层或其他岩石中常常存在着裂隙，这些裂隙可以是由地壳运动、岩层变形、岩石破碎等因素造成的。
瓦斯通过这些裂隙的连接，可以在煤层或岩石中自由移动。
裂隙的存在对瓦斯赋存渗流起到了促进作用。
孔隙也是瓦斯赋存渗流的重要通道之一。
地下煤层或其他岩石中常常存在着孔隙，这些孔隙可以是由于煤层或岩石的沉积、溶蚀等过程形成的。
瓦斯通过这些孔隙的连接，可以在煤层或岩石中自由移动。
孔隙的存在对瓦斯赋存渗流也起到了促进作用。
煤体内部也是瓦斯赋存渗流的重要通道之一。
煤层中的煤体具有较大的比表面积和较高的孔隙度，这使得瓦斯在煤体内部可以形成一种较为复杂的渗流网络。
瓦斯可以通过煤层中的孔隙、裂隙等通道，沿着煤体的纵向和横向方向进行渗流。
煤体内部的通道对瓦斯赋存渗流起到了重要的作用。
瓦斯赋存渗流的通道不仅受到煤层或岩石的物理性质的影响，还受到地下水和其他介质的影响。
地下水可以通过渗流的方式，进入煤层或岩石中，与瓦斯发生相互作用，影响瓦斯的运移和分布。
瓦斯也可以通过扩散的方式，向地下水中释放，从而影响地下水的品质。
地下水和其他介质对瓦斯赋存渗流的通道和路径具有一定的控制作用。
瓦斯赋存渗流的主要通道的研究对于煤层气的开发利用和瓦斯灾害的防治具有重要意义。
通过深入研究瓦斯赋存渗流的通道特征和运移规律，可以为煤层气的高效开发提供科学依据和技术支撑。
同时，研究瓦斯赋存渗流的通道对于预测和评估煤层气和瓦斯灾害的发生概率和危害程度，以及制定相应的防治措施具有重要意义。
瓦斯赋存渗流的主要通道包括裂隙、孔隙和煤体内部，这些通道在瓦斯的运移和分布过程中起到了重要的作用。
研究瓦斯赋存渗流的通道特征和运移规律，对于煤层气的开发利用和瓦斯灾害的防治具有重要意义。
煤矿瓦斯赋存和运移的力学机制及应用研究
煤矿瓦斯赋存和运移的力学机制及应用研究瓦斯既是煤矿重要的致灾因素之一,又是重要的清洁能源。
导致瓦斯灾害频发的根本原因是瓦斯赋存规律认识不清,而直接原因是瓦斯运移规律认识不清。
针对此问题,运用瓦斯地质学、岩石力学、渗流力学和数值仿真等理论,采用理论分析、数值分析和现场实验相结合的研究方法,以受力分析及力的作用结果为主线,围绕煤矿瓦斯赋存和运移的力学机制及应用开展研究,取得了一些有意义的成果。
基于前人的研究成果,提出了瓦斯赋存地质构造逐级控制的力学解释：瓦斯赋存受地质构造及其演化控制；构造应力场的性质控制着构造的性质、范围和强度,高级别构造应力场控制低级别构造应力场；通过研究各期构造运动应力场及现代构造应力对构造形成与性质、煤体物理力学性质等的影响,分离出构造挤压剪切区、拉张裂陷区；构造挤压剪切,易破坏煤体形成构造煤,煤层透气性低,利于瓦斯保存和瓦斯富集,控制着瓦斯突出危险区分布；拉张裂陷,应力释放,煤岩层透气性好,有利于瓦斯逸散。
系统研究了现代应力作用下断层、褶皱构造对瓦斯赋存尤其瓦斯突出的影响。
断层附近是否具有突出危险性主要取决于断层走向与现代应力的关系及构造煤的厚度。
断层走向与最大主应力平行时,利于应力释放,有利于瓦斯释放,但断层尖灭端出现应力集中,瓦斯保存条件相对较好,需预防瓦斯事故：随着断层走向与主应力方向夹角的增大,挤压应力影响范围随之增大,突出危险范围也随之增大；断层走向与最大主应力垂直时,有利于断层形成应力闭合空间,煤层渗透性低,从而形成大范围的瓦斯富集区,突出危险性最大。
背斜两翼一定范围内剪应力集中,可能是造成该带瓦斯突出严重的原因。
建立了矿井瓦斯涌出量反演瓦斯含量及含量取值方法,提出了基于瓦斯地质图的瓦斯资源量计算方法,已被应用到国家能源局组织的全国煤矿瓦斯地质图编制中,计算了22省(区、市)瓦斯资源量,汇总了中国煤矿2000m以浅瓦斯资源量为29.17万亿m3。
基于含瓦斯煤岩破裂过程气固耦合作用模型,采用RFPA-GAS软件模拟了上保护层开采过程,实践证明数值试验的结果和实测效果有较好的一致性。
矿井瓦斯赋存规律
矿井瓦斯赋存规律的探讨瓦斯是地质作用的产物，现今煤层瓦斯的赋存状态是含煤地层经受复杂地质历史演化作用的结果，受着瓦斯生成、运移、保存条件综合地质作用的控制。
研究煤层中瓦斯的赋存状况是矿井瓦斯研究中的重要一环。
多年的实践证明，只有运用板块构造理论、区域地质演化理论、瓦斯赋存构造逐级控制理论才能揭示瓦斯赋存机理、规律。
1.煤层瓦斯赋存理论煤体中赋存瓦斯的多少不仅影响煤层瓦斯含量的大小，而且对煤层中瓦斯流动及其发生灾害的危险性的大小也有很大的影响。
因此，煤层中瓦斯的赋存状况的研究是矿井瓦斯研究中的重要部分。
1.1煤中瓦斯的赋存状态煤体是一种含有大量空隙和裂隙的复杂的多孔固体，这样就会有很大的自由空间和空隙表面形成。
因此，煤中瓦斯一般以游离状态和吸附状态两种形式赋存。
煤是通过物理吸附对瓦斯形成吸附作用，其吸附作用是瓦斯分子和碳分子间相互吸引的结果，而吸附瓦斯又分为吸着瓦斯和吸收瓦斯，通常吸收瓦斯是指进入煤体内部的瓦斯，吸着瓦斯是指附着在煤体表面的瓦斯。
1.2煤层瓦斯赋存的垂向分带当煤层具有露头或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，在煤层内气体会朝两个不同方向的运移，一是煤化过程中生成的瓦斯经煤层、上覆岩层和断层不断由煤层深部向地表运移，一是地面空气、表土中的生物化学和化学反应生成的气体向煤层深部渗透扩散，从而使赋存在煤层中的瓦斯表现出垂向分带特征。
一般将煤层由露头自上向下分为4个带：co2-n2带、n2带、n2-ch4带、ch4带，其中前三个带总称为瓦斯风化带。
煤层瓦斯的带状分布是煤层瓦斯含量及巷道瓦斯涌出量预测的基础，也是搞好瓦斯管理的依据。
1.3影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素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。
（1）煤层储气条件。
煤层储气条件是煤层瓦斯赋存及含量的重要基础。
煤层的埋藏深度、煤层和围岩的透气性、煤层倾角、煤层露头以及煤的变质程度等是储气条件的主控因素。
煤体内瓦斯的物理特性和流动理论分析
X ＝Bnp ＋１a＋bpbpf(t)������f(m)������F(v) 或:
煤体的抗压强度是指煤体发生破坏时的最大压 应力[１],也就是说当压力达到一定的数值时,煤体 就 会发生破坏,可以把 煤 与 瓦 斯 突 出 的 过 程 看 成 煤 体 破 坏 的 过 程 ,通 常 发 生 突 出 的 是 坚 硬 的 煤 体 ,发 生 突 出一般是在煤体 发 生 破 坏 时. 研 究 煤 体 的 突 出,就 是要了解煤体强度的承受极限 . [２] １．２ 钻 孔 周 围 煤 体 应 力 及 其 破 坏
图 １ 煤 样 １ 的 力 － 位 移 曲 线
图 ２ 煤 样 ２ 的 力 － 位 移 曲 线
２．２ 压 缩 实 验 分 析 由 图 １~ 图 ３ 可 知 ,煤 样 １ 最 大 力 为 １６５９N,抗
压 强 度 为０．２４ MPa;煤 样２ 最 大 力 为６７８N,抗 压 强
４６
采 矿 技 术
煤体 在 未 受 到 外 界 采 掘 的 影 响 时,煤 体 的 应 力 处于平衡状 态 . [３] 在 煤 体 中 打 钻 孔 后,应 力 平 衡 遭 到破破 坏,瓦 斯含量和煤体透气 性 会 改 变,煤 体 中 瓦 斯 的 运 移 及 瓦斯压力会受到影响.
１ 煤 体 的 物 理 特 性
１．１ 煤 体 的 吸 附 特 性 与 强 度 煤 体 内 部 的 表 面 积 很 大 ,它 是 一 种 多 孔 介 质 ,煤
体内部面积给煤体 吸 附 气 体 创 造 条 件,在 孔 隙 的 内 表面产生剩余力量,孔 隙 表 面 的 一 些 气 体 分 子 吸 附 这 种 剩 余 力 量 ,被 吸 附 的 是 比 较 容 易 液 化 的 气 体 ,液 化越容易被吸附就越容易.
煤层瓦斯流动理论及其应用_周世宁.
料煤炭学报 2 卷 ( 二煤层瓦斯涌出量的针算 1 掘进巷道 . : 以单巷掘进为 : 门曰曰曰厂厂「厂厂曰厂门口「曰曰曰口二七 r l 一匕 r 「吧 e 竺 w 阴l l 杯 l l i }—门r 尸- 六- r- 卜卜卜 l , 巨, l 厂「「厂厂厂尸日「厂「口口巨口口口 l ~ , . - ‘ 卜舀‘‘ ‘ 石‘二‘ . 下二二二一 . , ~ - 一 l 一 l ! l 一 l 一 l 1 例 , 每 Q 日巷道瓦斯涌出量 Q R 为落 ~ - . 竺 ~ l 一一 M l 2 口门口口口「门口口「厂下口厂日「习曰曰一曰尸曰曰曰「尸—尸曰叮叮日门日尸「日门「日口门门口口门日曰「一口门曰「日口曰曰一日口日二〔二一下【二二巨二「兰了厂厂廿于一十斤曰目团「 - 广口口口口门门口旦口] 口口一下口口口 , ; 丁 0 、 + Md ‘ QK 式中『 l . . J 【 , ~ 门「- 吧, 尸 . 卜卜 . . 白少. 司护. . 叫吧 ,~ , . 吮二全 , QK 1 . 工作面 2 . 掘进巷道 (北票三宝台吉 b 心—巷道长度米—工作面瓦斯涌出量—Q 一 M ( , 煤层厚度 , 米 ; ; , 二 bV 二。
一俨 1 , 图 11 瓦斯涌出量与风量的关系米/ “ 日; , Qr : 。
, —巷道掘进速度—日; 巷道掘进竟度米 , ; 米/ 气一一牛今 r , —剩余含量 ( 下的含量 : 煤层原始瓦斯含量和 1 。
大气压将 ( 1 1 式代入得掘进巷道瓦斯来源。
e。
Q 一、万‘% + 万。
(r 一r , 。
(24 从式中可以看出巷道瓦斯涌出量与掘进速度成正比 , 巷道中瓦斯。
浓度与巷道长度呈抛物袋关系若煤层厚度略大于巷道的高度图13 , 由于巷道的卸压作用 , 。
, 仍可按全部开切煤层爵算工作面前方瓦斯压力分布 , 但在特厚煤层在径向流动中应按径向流动爵算。
中孔径的大小对瓦斯涌出量影响很小所以在厚煤层中巷道瓦斯涌出量井不决定于巷道 , 尺寸和煤壁暴露面积 2 . , 而决定于甜参数回采工作面 : 回采工作面瓦斯涌出与掘进头前方煤体瓦斯涌出情况相同。
第三章煤层瓦斯流动理论
一、煤层瓦斯流场分类
煤层瓦斯流动形态
单向流动示意图 1- 流线；2-等压线；3-巷道
一、煤层瓦斯流场分类
煤层瓦斯流动形态
径向流动示意图 1- 流线；2-等压线；3-钻孔
一、煤层瓦斯流场分类
煤层瓦斯流动形态
球向流动示意图 1- 揭开煤层的掘进工作面；2-等压线；3-流线
一、煤层瓦孔瓦斯流动方程解算程序的应用
根据前面推导的有限差分方程式（3-38），在 matlab平台上编制了求解钻孔瓦斯流动的计算机程序。 该程序可全屏幕输入各已知参数，包括煤层的原始瓦斯 压力、透气性系数、吸附常数，并模拟抽采钻孔周围煤 层中瓦斯流动状况，计算一段时间范围内钻孔周围煤层 瓦斯涌出参数、最佳抽采参数及煤层瓦斯压力与孔壁距 离、抽采时间的关系。
二、瓦斯流动理论及其模型
2.1.4 非线性瓦斯流动理论
✓低雷诺数区，Re<1~10，粘滞 力占优势，属于线性层流区域， 符合达西定律。
✓中雷诺数区， Re的上限为100， 为非线性层流区域，服从非线性 渗透定律。
✓高雷诺数区， Re>100 ，为紊 流，惯性力占优势，流动阻力和 流速的平方成正比。
二、瓦斯流动理论及其模型
2.1.3 瓦斯流动模型的简化 2.1.3.1 一维瓦斯流动方程
煤层瓦斯沿垂直于煤壁的方向流动，可以将其视为一维的平行瓦斯流动。 为了便于计算 进行如下转换 初始条件： 边界条件：
瓦斯流动控制体示意图
二、瓦斯流动理论及其模型
2.1.3.2 二维瓦斯流动方程
无论是煤层穿层孔还是顺层孔，钻孔周围的煤层瓦斯均沿径向流入钻孔。 直角坐标系下二维瓦斯流动方程
二、瓦斯流动理论及其模型
2.1.2 数学模型
二、瓦斯流动理论及其模型
煤层瓦斯赋存与流动理论
落实
4
煤层瓦斯资源特点
01
赋存丰富：煤层瓦斯资源广泛分布于世界各地的煤层中
02
易燃易爆：煤层瓦斯具有易燃易爆的特性，需要严格控制开采和利用过程中 的安全
03
污染环境：煤层瓦斯燃烧会产生大量的有害气体，对环境造成污染
04
资源价值高：煤层瓦斯是一种清洁能源，具有较高的资源价值和经济价值
煤层瓦斯燃烧：煤层中瓦斯浓度过高，遇到 火源发生燃烧
煤层瓦斯窒息：煤层中瓦斯浓度过高，导致 人员窒息死亡
煤层瓦斯灾害防治技术
01
通风技术：通过通风系统降低瓦斯浓
度，防止瓦斯积聚
02
抽采技术：利用抽采设备将瓦斯抽出，
降低瓦斯浓度
03
监测技术：通过监测设备实时监测瓦
斯浓度，及时发现瓦斯异常
04
防护技术：使用防护设备，如防爆设备、
03
煤层瓦斯流动速度与渗透率、压力 梯度等因素有关
04
煤层瓦斯流动受地层构造、断层等 地质条件影响
煤层瓦斯流动受采煤活动、注水等 0 5 工程活动影响
煤层瓦斯流动规律是预测瓦斯涌出 0 6 量、制定瓦斯治理措施的重要依据
影响煤层瓦斯流动的因素
煤层厚度：煤层 厚度越大，瓦斯 流动越容易
煤层渗透率：煤 层渗透率越高， 瓦斯流动越容易
煤层瓦斯赋存规律
煤层瓦斯赋存与煤层厚度、 煤质、煤层结构等因素有关
煤层瓦斯赋存具有明显的层 状分布特征
煤层瓦斯赋存受地层压力、 地温等因素影响
煤层瓦斯赋存与煤层开采过 程密切相关，开采过程中瓦 斯含量和分布会发生变化
煤层瓦斯含量影响因素
煤层厚度：煤层 厚度越大，瓦斯 含量越高
深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特征
深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特征简介煤炭资源是我国主要能源资源之一，煤层瓦斯则是其中一种无形的能源资源。
深部煤层瓦斯赋存规律及其涌出特征的研究，可以为煤层气开发提供理论依据和技术支撑，同时也可以为煤层气的安全生产提供重要参考。
本文将围绕深部煤层瓦斯的赋存规律及其涌出特征展开讨论。
深部煤层瓦斯赋存规律赋存形式煤层瓦斯的赋存形式一般包括两种，一种是吸附在煤体孔隙中，另一种是游离在煤层裂隙中。
在深部煤层中，由于地下水的压力增大以及煤体孔隙逐渐关闭等因素的影响，煤层瓦斯的主要赋存形式是游离气体。
吸附气体则占据了较少的比例。
煤性对瓦斯赋存的影响煤层瓦斯的赋存量与煤性有直接关系。
由于不同煤性的孔隙率和比表面积不同，因此不同煤性的煤层瓦斯赋存量也会有所不同。
一般来说，具有较高孔隙率和比表面积的煤层，其孔隙中的煤层瓦斯含量相对较高。
同时，煤层的厚度也会对瓦斯赋存量产生影响。
厚度较小的煤层由于煤体间的连通性较差，瓦斯的堆积容易导致局部区域的高压，进而影响其可开采性。
底板岩性对瓦斯赋存的影响在深部煤层中，底板岩性的不同也会对煤层瓦斯的赋存量产生影响。
底板岩性若是致密型岩石，则瓦斯无法透过岩石而向地面逸出，而会向煤层上部和两侧的煤体中渗透和堆积，从而增加其含量。
反之，底板岩性若为通透型岩石，则瓦斯会向地面逸出，导致其含量减少。
深部煤层瓦斯的涌出特征涌出类型深部煤层瓦斯的涌出类型通常分为两种，一种是常规涌出，另一种是突发涌出。
常规涌出是由瓦斯压力自然产生，较为稳定。
而突发涌出则是由于煤层瓦斯压力快速释放，可能会导致爆炸等灾害事件的发生。
涌出量深部煤层瓦斯的涌出量与煤层深度、煤性、地质构造等因素有关。
一般来说，随着煤层深度的增加，瓦斯的赋存量和压力会增大，从而导致涌出量增加。
此外，含有大量煤层气的煤层，其瓦斯的涌出量也会相应增加。
涌出过程深部煤层瓦斯的涌出过程是一个较为复杂的过程，涉及到煤层瓦斯的释放、扩散、迁移等环节。
煤层瓦斯流动理论课件
煤层中瓦斯流动可以看作是 理想气体流动，因此可以利 用理想气体状态方程描述瓦 斯流动。
当煤层高度增加时，压力会 发生变化，根据理想气体状 态方程，可以推导出瓦斯流 动方程：$\frac{dp}{dt}=μ\gamma g(h-h0)$。
煤层瓦斯抽放与利用的相关图表说明
煤层瓦斯抽放示意图
该图表展示了煤层瓦斯抽放的过程， 包括抽放孔的位置、抽放时间、抽放 流量等参数。
实施效果
提高了煤层气的利用率，减少了环境污染，提供了清洁 的能源供应，取得了良好的经济、社会和环境效益。
04
煤层瓦斯流动理论与安全
煤层瓦斯流动对煤矿安全的影响
煤层瓦斯流动是导致煤矿 事故的主要原因之一，容 易引起爆炸和中毒等事故。
煤层瓦斯流动的不稳定性 可能导致瓦斯突然涌出， 给矿工带来极大的安全隐患。
01 煤质
煤的孔隙结构、渗透性、吸附 特性等对瓦斯流动有重要影响。
02 地层压力
地层压力是控制瓦斯流动的主 要因素之一，瓦斯流动速度和 范围与地层压力密切相关。
03 温度
温度影响瓦斯的吸附和解吸过 程以及扩散速度，对瓦斯流动 有重要影响。
04 水含量
水含量影响煤的渗透性和瓦斯 的吸附特性，从而影响瓦斯流动。
研究难点
如煤层瓦斯非线性流动特性、复杂地质条件下的瓦斯运移规律等。
煤层瓦斯流动理论的发展趋势与展望
发展趋势
如数值模拟在煤层瓦斯流动理论中的应用将更加广泛，对实际矿井瓦斯流动的指导作用将更加明显。
展望
如随着计算技术的发展和实验条件的改善，未来将会有更加精细的煤层瓦斯流动理论模型出现。
06
附录：煤层瓦斯流动理论的相关公式与图 表
煤层瓦斯流动理论与瓦斯治理
矿井瓦斯赋存规律的探讨
矿井瓦斯赋存规律的探讨瓦斯是地质作用的产物，现今煤层瓦斯的赋存状态是含煤地层经受复杂地质历史演化作用的结果，受着瓦斯生成、运移、保存条件综合地质作用的控制。
研究煤层中瓦斯的赋存状况是矿井瓦斯研究中的重要一环。
多年的实践证明，只有运用板块构造理论、区域地质演化理论、瓦斯赋存构造逐级控制理论才能揭示瓦斯赋存机理、规律。
1.煤层瓦斯赋存理论煤体中赋存瓦斯的多少不仅影响煤层瓦斯含量的大小，而且对煤层中瓦斯流动及其发生灾害的危险性的大小也有很大的影响。
因此，煤层中瓦斯的赋存状况的研究是矿井瓦斯研究中的重要部分。
1.1煤中瓦斯的赋存状态煤体是一种含有大量空隙和裂隙的复杂的多孔固体，这样就会有很大的自由空间和空隙表面形成。
因此，煤中瓦斯一般以游离状态和吸附状态两种形式赋存。
煤是通过物理吸附对瓦斯形成吸附作用，其吸附作用是瓦斯分子和碳分子间相互吸引的结果，而吸附瓦斯又分为吸着瓦斯和吸收瓦斯，通常吸收瓦斯是指进入煤体内部的瓦斯，吸着瓦斯是指附着在煤体表面的瓦斯。
1.2煤层瓦斯赋存的垂向分带当煤层具有露头或直接为透气性较好的第四系冲积层覆盖时，在煤层内气体会朝两个不同方向的运移，一是煤化过程中生成的瓦斯经煤层、上覆岩层和断层不断由煤层深部向地表运移，一是地面空气、表土中的生物化学和化学反应生成的气体向煤层深部渗透扩散，从而使赋存在煤层中的瓦斯表现出垂向分带特征。
一般将煤层由露头自上向下分为4个带：CO2-N2带、N2带、N2-CH4带、CH4带，其中前三个带总称为瓦斯风化带。
煤层瓦斯的带状分布是煤层瓦斯含量及巷道瓦斯涌出量预测的基础，也是搞好瓦斯管理的依据。
1.3影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素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。
（1）煤层储气条件。
煤层储气条件是煤层瓦斯赋存及含量的重要基础。
煤层的埋藏深度、煤层和围岩的透气性、煤层倾角、煤层露头以及煤的变质程度等是储气条件的主控因素。
煤层瓦斯赋存及流动规律
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, it is closely related to the causes of coal. Gas in the coal seam occurrence state is generally has two kinds, namely the adsorption state and free state. 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 willexplain coal seam gas occurrence and flow pattern, and make a simple analysis.Key words: coal seam gas , occurrence, flow ,pattern1.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。
袁亮—煤层瓦斯流动理论研究
图 1 瓦斯气体的扩散式 a1 菲克型扩散 b1 诺森型扩散 c1 过渡型扩散
由于多孔特性及其大分子结构 ,煤是一种良好 的吸附剂 ,当瓦斯气体分子被强烈地吸附于煤的固 体表面时 ,就产生表面扩散 。对吸附性极强的煤来 说 ,表面扩散占有很大比重 。当孔隙直径与瓦斯气 体分子尺寸相差不大 ,压力足够大时 ,瓦斯气体分子 就会进入微孔隙中以固溶体存在 ,发生晶体扩散 ,在 煤体扩散中一般比较小 。
分子则可能进入芳香层缺陷或煤物质大分子之间 ,
发生晶体扩散 。当孔隙半径与瓦斯气体分子大小相
差不大 ,且压力足够大时 ,瓦斯气体分子可以进入到
煤微孔隙中以固溶体 (取代式固溶体 、填隙式固溶
体) 形式存在 ,且不易脱附 。
晶体扩散通量与瓦斯气体分子的化学位梯度成
比例 ,即
J=
-
BC
5 5
u x
=
-
BRT
和煤层的温度等有关 。
2. 3 过渡型扩散
当 0. 1 < Kn < 10 时 ,孔隙直径与瓦斯气体分子 的平均自由程相近 ,分子之间的碰撞和分子与壁面
的碰撞同样重要 ,扩散过程受两种扩散机理的制约 ,
在恒压下其有效扩散系数与菲克扩散和诺森扩散系
数的关系为
1 Dpe
=
1 Dfe
+
1 Dke
(9)
2. 4 表面扩散
;
Df ———菲克扩散系数 ,m2Πs ;
C ———瓦斯气体的浓度 ,kgΠm2 。
等式中由于扩散是沿着浓度减少的方向进行
的 ,而扩散系数总是正的 ,故式中要加一个负号 。由
于孔道是弯曲的各种形状 ,同时又是相互连通的通
道 ,所以扩散路径因孔隙通道的曲折而增长 ,孔截面
瓦斯地质基础(4)
煤的变质程度 煤的变质程度
的 煤
煤
质
煤
煤
质
煤
煤
三、煤层瓦斯赋存及运移
•1 •2 •3 •4 •5 •6 •7 矿井瓦斯的性质 瓦斯赋存状态 煤的孔隙特征 煤体表面的吸附作用 煤层瓦斯封存的构造条件 瓦斯运移 瓦斯分带特征
5 煤层瓦斯封存的构造条件
5.1 构造升降运动对瓦斯保存条来自的影响构造升降运动可以改变地层的温压条件打破原有瓦斯吸附 平衡关系，使吸附气与游离气与相转化，从而影响瓦斯的保存。 平衡关系，使吸附气与游离气与相转化，从而影响瓦斯的保存。 一般情况下，随着煤层埋藏深度的增加，含气量也增加， 一般情况下，随着煤层埋藏深度的增加，含气量也增加， 这主要是因为随着煤层埋深增大，煤的演化程度增高， 这主要是因为随着煤层埋深增大，煤的演化程度增高，生气条 件变好，同时随着煤层埋深增大，煤层压力增大， 件变好，同时随着煤层埋深增大，煤层压力增大，封闭条件相 对变好，煤的吸附量随之增加。另一方面由于构造抬升， 对变好，煤的吸附量随之增加。另一方面由于构造抬升，上覆 地层，特别是有效地层厚度变薄，导致瓦斯的散失，如徐州、 地层，特别是有效地层厚度变薄，导致瓦斯的散失，如徐州、 山东等地一些煤田的煤层埋藏过浅，瓦斯保存量甚微。 山东等地一些煤田的煤层埋藏过浅，瓦斯保存量甚微。
乙烷 C2H6 30.07 1.36 1.05 -88.3 3 12.5 64.53
氢气 H2 2.01 0.09 0.07 -252.8 4 74.2 11.94
16.04 0.7168 0.5545 -161.7 5 15 35.99
对空气的比重 沸点， ℃ 沸点， 0℃ ， （ 0.1MPa下 ） 下 爆炸下限， 爆炸下限， % 爆炸上限， % 爆炸上限， 发热量， 发热量， 3 MJ/m
教学课件：第三章-煤层瓦斯流动理论
有限元法
将求解区域划分为一系列 小的单元，用有限元方程 组代替微分方程进行计算。
有限体积法
将求解区域划分为一系列 小的体积，用控制体积的 方法进行计算。
04
煤层瓦斯流动的实验研究
实验设备与实验方法
实验设备
瓦斯流动实验装置、气体流量计 、压力传感器、温度计等。
实验方法
在实验装置中，将煤样置于模拟 的煤层环境中，控制温度、压力 等参数，测量瓦斯流量、压力等 数据。
吸附状态的瓦斯与煤的表面结 合，不易释放；游离状态的瓦 斯则自由存在于煤的孔隙中。
随着煤层压力的变化，瓦斯在 吸附状态和游离状态之间会发 生转化。
瓦斯流动的基本规律
瓦斯流动受到压力、温度、气体 组分、煤的孔隙结构等因素的影
响。
在煤层开采过程中，瓦斯会从高 压力区域向低压力区域流动，同
时受到温度梯度的影响。
工生命安全。
瓦斯抽采方法
根据煤层赋存条件和瓦斯来源，瓦 斯抽采方法可分为地面钻孔抽采、 井下钻孔抽采和巷道抽采等。
瓦斯抽采技术发展
随着科技的不断进步，瓦斯抽采技 术也在不断发展，如高压瓦斯抽采 技术、深部煤层瓦斯抽采技术等。
瓦斯利用技术
瓦斯利用技术概述
瓦斯利用技术是将矿井中抽采出 的瓦斯进行净化处理，转化为符 合要求的燃气或能源，实现资源
教学课件：第三章-煤层 瓦斯流动理论
• 引言 • 煤层瓦斯的基本性质 • 煤层瓦斯流动的理论基础 • 煤层瓦斯流动的实验研究 • 煤层瓦斯流动的实际应用 • 结论与展望
01
引言
课程背景
01
煤层瓦斯流动理论是采矿工程学 科中的重要内容，涉及到煤层中 瓦斯流动的规律和特性。
02
随着采矿工业的发展，对煤层瓦 斯流动理论的研究和应用越来越 受到重视，对于提高煤矿生产安 全和效率具有重要意义。
瓦斯赋存与流动理论
erf u
2
0
e
u2
du
q ( p0 p1 ) 1 .5 4p0 t
2 2
对于某一固定煤层，p0，λ，α为常数， q C / t
14
2.1 瓦斯在均质无限煤层的单向不稳定流动
qC/ t
式中，C为瓦斯涌出特性系数。
上式是我国煤壁瓦斯涌出量的预测基础，测 出C值后，任意时间内瓦斯涌出量可以计算。
25
瓦斯在煤层中流动
在非线性渗透区和紊流区有
dP u m为渗透指数，1~2. dn 在非线性渗透区也可用如下二项式渗流定理
1 dP 2 A Av Bv K dn 第一项表示流体和多孔介质之间的直接摩擦引起 的压力损耗，当V很小，Re很小，第一项占优势。 第二项表示流体在绕过组成多孔介质的无规律的 固体系统时因收缩，扩大，转弯等引起的压力损耗， 26 称为“微观局部阻力损耗”。
矿山压力对瓦 斯在煤层中的流动 有很大的制约作用， 具体通过煤层透气 系数的变化反映出 来。
19
2.3 瓦斯在实际煤层的单向不稳定流动 假设
0T (t ) X ( x) 0 (1 e nt ) x m
式中，ρ，n为待定常数，m为指数，取决于矿山压 力和煤质结构。 解得
P0 P ( x , ) P0 P1
e
0
e u u 1du
u
u 1du
K2 X 2 m 4 2 m 2
1 m 2m
q A(1 e
nt
)a0
nt t n e 1
A
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ｓｕｍｍ ａｒｉｚｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｇａｓ ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｇａｓ；ｔｈｅｏｒｙ；ｇｏｖｅｒｎａｎｃｅ
０ 引言
山西 是 中 国煤炭 大 省 ，煤 炭 资源 储 量 丰 富 、分 布 广 泛 、煤 质优 越 、 品种 齐 全 。全 省 含 煤 面 积 ６．２×１０４ ｋｍ ， 占国土 面积 的４０．４％。近 年来 ，随着 综 合 机械 化 设 备 和高产 高 效 开采 工艺 推广 ，山西 省乃 至全 国可 采 的优 势煤 资源储 量越来 越少 ，煤炭 开采 环境 日益 复杂 ， 五 大灾 害 日益 严重 ，尤其 是 瓦斯 ，原 为低 瓦斯 或没 有 瓦 斯 突 出危 险 的矿 井 ，瓦斯 涌 出量急 剧 增 大 ，使之 变 成 高 瓦斯煤 矿 和煤 与 瓦斯 突 出矿 井 。瓦斯 涌 出的 预测 已成为 治理 措 施 的重 要技 术 环节 。作 者结 合 多 年一 线 工作 经验对 瓦斯 治理 的相 关理论进 行 了归纳 总结 。
２０１６年第 ８期 （总第 １３１期 ）
｝ｊＩ．蓦； 钍
ＥＮＥＲＧＹ ＡＮＤ ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡＴ１０Ｎ
２０１６年 ８月
煤 层瓦斯赋存 与流动理论
黄 茂 政
（大 同煤业集 团燕子 山矿 ， 山西 大同 ０３７０００）
摘 要 ： 结合 多年通风 区一 线工作 经验 ，研 究煤层 瓦斯赋存状 态与垂直分带 ，分析煤层 瓦斯含量情 况 ，提 出煤层 瓦斯 流动 基 本 规 律 ，对 瓦斯 治 理相 关 内容 进 行 梳 理 和 总 结 。 关 键 词 ： 瓦 斯 ；理 论 ；治 理 中 图分 类 号 ： ＴＤ７１２ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ２０９５—０８０２一（２０１６）０８—０００８—０２
原岩 应力 状 态下 ，煤层 未 受 到采 动 影 响 ，煤体 内 游 离态 、吸 附态 瓦斯 进行 布 朗运 动 ，总体 保 持 动 态平 衡 。工 作 面 回采 时 ，动态 平衡 受 采 动影 响 被 打破 ，煤 体 由三 向受力 变 为两 向受 力状 态 ，其 内部 瓦斯 所 受压 力 不均 ，同 时 ，受 冲击 、振荡 等外 力 等采 掘活 动 的影 响 ，采 场 内温 度 随增 高或 降低 ，致使 煤体 内瓦 斯频 繁 活动 而产生新 的状态 。
· ８ ·
２０１６年第 ８期
黄茂政 ：煤层 瓦斯赋存与流动理论
２０１６年 ８月
较大 ，煤岩体 内赋存 的瓦斯藏身于这些微 孔结构之 中。 ２．１ 煤 的孔 隙特 性
煤 的孔 隙结 构 是 瓦 斯 贮 存 、运 移 的场 所 、通 道 。 已有 研 究 表 明煤 体 渗 透 系 统 由裂 隙 、可 视孔 、大孔 、 中孔 和 小孔 等部 分组成 ，而吸 附系统 主要 由微 孔组 成 。 煤体 内瓦 斯 以游 离 态煤 体 渗透 系统 是煤 体 内游 离态 瓦 斯 的贮 存场所 ，符合 普适气体 定律 。 ２．２ 煤孔 隙特征 的影 响因素
Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｇａｓ Ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｆｌｏｗ ｉｎ Ｃｏａｌ Ｓｅａｍ
ＨＵＡＮＧ Ｍ ａｏｚｈｅｎｇ （Ｙａｎｚｉｓｈａｎ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ，Ｄａｔｏｎｇ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｇｒｏｕｐ，Ｄ￣ｏｎｇ ０３７０００，Ｓｈａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｙｅａｒｓ ｏｆ ｆｒｏｎｔ—ｌｉｎｅ ｗｏｒｋ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ａｒｅａ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｄ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｇａｓ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｚｏｎｉｎｇ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｇａｓ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｇａｓ ｆ ｌｏｗ ｉｎ ｃｏａｌ ｓｅａｍｓ ａｎｄ ｓｏｒｔｅｄ ｏｕｔ ａｎｄ
收稿 日期 ：２０１６—０４—０８ 作者简 介 ：黄茂 政 ，１９８８年 生 ，男 ，重 庆人 ，２０１１年毕 业 于 内蒙古 科技 大学安 全 工程专 业 ，助 理 工程师 。
图 １ 煤层 瓦斯垂 直分 带
２ 煤层 孔 隙特 征
煤是 由大 孔 和微 孔 两 大 吸附 系统 组 成 的双 重 孑Ｌ隙 介 质 ，其 吸 附特 性决 定 了煤 体 可 以 吸 附游离 态 和 吸 附 态 的 瓦斯 。通过ｘ光 谱衍 射 系统 的分 析 ，发现煤 基质 由 大量微孔结构 和天然裂 隙网络大孔组 成 。煤体 内存在垂 直 （接近 垂直 ） 与正 交 （接近 正交 ） 的端 割理 和 面 割 理 ，其使 得煤体 内有微孔 结构发达 ，致使煤体 体表 直分 带
瓦斯 主要 贮存 煤 体 中 ，其 赋存 状 态 主要 有 游离 状 态 和 吸附状 态 ，赋 存 的量 和 瓦斯 在煤 层 中的含 量有 直 接 关 系 。瓦斯 含量 的多少 直接 关 系 到煤矿 瓦斯 灾 害 的 危 险程 度 和灾 害发 生 频率 。煤 矿 瓦斯 赋存 状 态 经 多年 发 展 ，分源 预 测法 在 众多 瓦斯 涌 出量 预 测方 法 中得 到 广泛应 用 ，是研 究瓦斯 的重要理论 之一 。 １．１ 煤 中瓦斯赋存状 态
１．２ 煤层 瓦斯 的垂直分 带
瓦斯 分 布 特征 是 预 测煤 矿 瓦斯 涌 出量 的基 础 ，研 讨 煤 层瓦 斯 的垂 直分 带 对 瓦斯 涌 出量 预测 和 治 理具 有 重 要 的现实 意义 。瓦斯垂 直分 布带 如 图１所示 。 由图可 知 ，当煤层 敝露 或 由第 四 系透气 性 较 好 的 冲积 层覆 盖 时 ，其 内部瓦 斯 在地 质 作用 下 向上 渗 透 ，大 气 中空气 向下渗 透至煤 体 中 。在 瓦斯 和空气 两者 的相互 作用 下 ， 煤 体 内 瓦 斯 呈 垂 直 分 布 。 因此 ，煤 体 内 瓦斯 主 要 由 ＣＨ 、Ｎ 和ＣＯ 等组 成 ，其 垂 直分 带 主 要 由瓦 斯 区 和瓦 斯 风化带两个 区域组成 。