瓦斯基础知识

瓦斯基础知识
一、矿井瓦斯基本概念
1、定义：矿井瓦斯--煤在生成过程中的一种伴生气体。

广义：凡从围岩或矿人本（煤层）中涌入矿井内的气体，统称
瓦斯。

狭义：单指甲烷（分子式：CH4）。

2、瓦斯主要成分：甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮（N2）、硫化
氢（H2S）、一氧化碳（CO）、氢（H2）、二氧化
硫（SO2）及其它化合物及稀有气体。

3、瓦斯的性质：
无色、无味、无臭。

标准状态（P=atm，t=20C0）下：容重
0.716Kg/m3；比重：0.554。

分子直径：0.41nm(纳米)。

扩散性很
强（扩散速度是空气的 1.34倍）、微溶于水（标态下：100L 水可溶3.3L；0℃时可溶5.56L甲烷）。

4、瓦斯的危害：
1）造成大气污染：形成温室效应，酸雨（甲烷是一种重要
的温室气体，其温室效应为二氧化碳的21
倍，二氧化氮的7倍）；
2）人员窒息：在空气中CH4≥43～57%时，O2≤12～9％，
人员昏迷、窒息死亡；
3）发生爆炸：在CH4、O2、t三个条件同时具备时，发生
爆炸，爆炸压力在密闭空间内可达9.5atm；
4）发生突出：煤岩层中瓦斯压力超过煤岩物理机械强度时
发生瓦斯突出。

5、瓦斯赋存形态
（1）吸附瓦斯：以单分子薄膜形式凝聚在煤的微孔和超微孔的表面上；吸附瓦斯占80%~90%。

（2）游离瓦斯：自由充填在煤的小孔、中孔、大孔或裂隙中的瓦斯，存在于渗透容积之中
附：沼气水化物：类似可燃冰的新物质。

这种化合物一旦
改变生存环境，条件，即刻发生还原反应(吸
附解吸)，产生大量沼气。

二、瓦斯在开采煤层中的运移规律
矿井瓦斯涌出构成关系
（一）煤层瓦斯流动的基本参数
影响瓦斯流动的参数很多，对煤层而言，瓦斯压力、透气性、煤的吸附能力和孔隙率是影响瓦斯涌出的基本参数。

1、煤层瓦斯压力P
瓦斯在煤层中是以具有压力的气体存在着的。

瓦斯压力是瓦斯流动的动力。

2、煤层的渗透率K和透气系数λ
煤层的透气系数是指煤层对于瓦斯流动的难易程度而言，用K表示；煤层的透气率是表示煤结构渗透性能，用λ表示。

采掘工作引起的地应力活动能使煤层的透气系数产生很大变化。

在集中应力带煤体的透气系数可降低50%以上，而在卸压带范围的可增大数千倍。

由于卸压，增大了煤层透气系数，加速了瓦斯的流动，称为“卸压流动效应”。

这一效应被广泛应用于邻近煤层和本煤层的瓦斯抽放以及预防瓦斯突出的措施中。

3、煤层的瓦斯含量系数W M
在一定的煤层和温度条件下，瓦斯含量决定于瓦斯压力。

瓦斯含量和瓦斯压力的关系，基本是一指数方程式，可用下式表示。

W M=α
P
式中：
W M——每立方米煤的总瓦斯含量，m3/m3（760mmHg，t℃）
α——瓦斯含量系数，m3/m3·Pa21
P——瓦斯压力（绝对压力），Pa
（二）煤层瓦斯流动的状态
1、流动场的分类
瓦斯在煤层中由高压流向低压，在煤层中形成一定的流动范围，
这一范围称之为流动场，即在流动场的范围内，瓦斯才有流动。

1）单向流动：在矿井中如沿煤层开掘平巷，且煤层的厚度小于或等于巷道高度，巷道全部开切煤层，则巷道两侧瓦斯的流动都沿着垂直于巷道的方向前进，形成彼此平行，而方向相同的流网，这就叫单向流动。

2）径向流动：石门或钻孔垂直贯穿煤层，在煤中形成同心圆状的瓦斯压力等压线，这种流态就叫做径向流动，径向流动是平面流动。

3）球向流动：特厚煤层巷道掘进工作面的迎头和钻孔孔底以及煤块的瓦斯放散都属于这一类，在煤体中形成同心球状的等压线分布，而流线则呈放射网状。

流动场从时间上来说，分为稳定和不稳定两种。

稳定流动场就是有固定的瓦斯源，在流动场中任何一点的流速和压力不随时间而变。

相反地，不稳定流动场没有外来的瓦斯来源，而是由流动场内本身供给的，因此流动场随流动时间而变化。

严格说来，煤层中的瓦斯流动都是不稳定的，因为瓦斯的来源来自流动场本身所含有的瓦斯，所以瓦斯涌出量也是随时间不断衰减的。

2、煤层中瓦斯压力的分布和对突出的影响
在径向流动场中，瓦斯从四面八方汇集于钻孔中，因此在钻孔周围形成很高的瓦斯压力梯度，这就是在排瓦斯钻孔周围不远处，即能测到很高的瓦斯压力。

掘进巷道的前方，在地应力作用下，能产生卸压带、集中应力带
和常压带，在卸压带中煤体透气系数增大，集中压力带中透气系数降低。

在卸压带瓦斯压力梯度是平缓的，在集中应力带瓦斯压力梯度显著增大，在工作面前方，卸压带的作用相当于预防突出的缓冲区域，因此卸压带的宽度对是否能发生突出具有重要意义。

三、瓦斯涌出
（一）瓦斯涌出形式
根据其特点可分为：
1、涌出；
2、喷出：
3、煤（岩）与瓦斯突出。

（二）瓦斯等级的划分：
根据矿井相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分：
1、低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等40m3/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。

（三）影响瓦斯涌出量的因素：
1、煤层瓦斯含量：煤层瓦斯含量越大，瓦斯涌出量就越大。

2、开采规模：开采规模大，范围广，瓦斯涌出量就大。

3、地面大气压力变化：大气压力增大，矿井瓦斯涌出量就减少；反之，大气压力突然降低时，瓦斯涌出量就会增加。

4．生产工序：采掘工作面进行打眼、放炮、机械割煤等震动性工艺时，瓦斯涌出量会增加。

5、开采顺序，采煤方法，顶板管理以及开采层的地质构造等都对瓦斯涌出有较大影响。