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, itis closely related to the causes of coal. Gas in the coal seam occurrence state is generally has two kinds, namely the adsorption state and freestate. 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 will explain coal seam gas occurrence and flow pattern, and make a simple analysis.

Keywords: coal seam gas ,occurrence,flow ,pattern

1.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。对于不同区域、不同煤田或块段,影响瓦斯赋存的地质条件存在着差异,起主导作用的因素也有区别1。影响煤层瓦斯赋存及分布的因素是多种多样的,通过对瓦斯地质规律的研究可知,影响煤层瓦斯含量和分布规律的地质因素主要有:煤层埋藏深度、地质构造、煤层顶底板岩性、煤体结构和煤的变质程度等。

1.1煤层埋藏深度

煤层埋藏深度的增加不仅会因地应力增高而使煤层和围岩的透气性降低，而且瓦斯向地表运移的距离也增大，这二者的变化均朝着有利于封存瓦斯，而不利于放散瓦斯的方向发展。研究表明：当深度不大时，煤层瓦斯含量随埋深的增大基本上呈线性规律增加；当埋深达到一定值后，煤层瓦斯含量将趋于常量。另外有一些研究表明：1) 在煤层瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量随着煤层埋藏深度的增加而呈单调递增趋势。而随着深度的不断增加，瓦斯含量增长率逐渐减小，达到一定的深度，煤层瓦斯含量基本保持不变。2) 当煤层埋藏超过一定深度时，预测瓦斯含量呈下降趋势2。

1.2煤层围岩

煤系地层岩性组合及其透气性对煤层瓦斯含量有重大影响。围岩条件直接影响煤层瓦斯赋存量的大小,决定了煤层顶底板岩性及其透气性的强弱。顶板岩层越疏松、颗粒及孔隙度越大,越利于瓦斯运移逸散3。煤层及其围岩的透气性越小，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量就高。

甲烷对煤层及岩石的透气性系数表

从表中可以看出:可见孔隙与裂缝发育的砾岩、砂岩和灰岩的透气性系数非常大，它比致密而裂隙不发育的岩石（如砂页岩、页岩、泥质页岩等）的透气性系数高成千上万倍；故而在漫长的地质年代中，会排放大量的瓦斯。

1.3煤变质程度

煤变质程度的增高,使煤层瓦斯生成量增大,煤对瓦斯的吸附能力增强。所以,煤变质程度高为煤层瓦斯的生成和富集创造了有利条件4。一般情况下，在瓦斯带内，倘若其他因素相同、煤化作用程度不同的煤，其瓦斯含量不仅有所不同，且随深度增加其瓦斯含量增加的量也有所不同。

1.4地质构造

地质构造既可改变煤层赋存形态及煤体结构,又可改变煤层围岩透气性能5。具体而言，影响煤层瓦斯赋存的因素包括以下几方面：褶曲构造、断裂构造，构造复合、联合，构造组合以及水文地质条件。褶曲使煤层在背斜、向斜轴部增厚,翼部变薄,褶曲发育部位多为厚煤层区段,同时也呈小断裂发育。煤厚发生变化使瓦斯释放运移、集聚条件相应改变,褶曲轴部煤层瓦斯含量成倍增长,瓦斯压力增大,瓦斯涌出量增高。断裂构造对瓦斯形成后的运移、赋存与分布起着直接控制作用。张性、张扭性断裂一般为开放性断层,对煤层瓦斯的流动起到排放作用,当接近此类断层时煤层瓦斯含量明显下降;压性与压扭性断层一般属于封闭性断层,对煤层瓦斯起到封闭作用,不利于瓦斯逸散。在此类断层区域内的煤层瓦斯含量明显增大6。

1.5煤体结构

构造应力使煤层形态和煤层厚度发生次生变化,使煤体构造遭到破坏。煤层结构的破坏不仅对瓦斯赋存有利,而且使煤体强度明显降低。构造煤具有快速解吸和涌出瓦斯的能力、高吸附能力、低透气性、高弹性能、低强度,易于形成高应力梯度和高瓦斯含量梯度带。凡是构造煤变厚的地段,瓦斯涌出量明显增大7。

1.6采矿工作

煤矿井下采矿工作会使煤层所受应力重新分布，造成次生透气性结构；同时，矿山压力可以使煤体透气性增高或降低，其表现为在卸压区内透气性增高，在集中应力带内透气性降低。这种情况会引起煤层瓦斯赋存状态发生变化，具体表现为在采掘空间中瓦斯涌出量的忽大忽小；如开采上、下保护层时，在保护范围内，由于煤（岩）体透气性的增大，使得煤体中的瓦斯大量释放。

工作面回采时，由于暴露面积和围岩移动大为增加，近工作面的透气性较掘进巷道时增大更多；这种增大往往会导致瓦斯涌出量的增大；然而回采时又必然形成具有最大值不断变