-煤层瓦斯生成和赋存课件

矿井瓦斯防治技术辽北技师学院矿井瓦斯防治技术辽北技师学院1第一章煤层瓦斯的赋存与含量1.1瓦斯概念及性质1.2煤层瓦斯的生成和赋存1.3煤层瓦斯压力及其测定1.4煤层瓦斯含量及其测定第一章煤层瓦斯的赋存与含量1.1瓦斯概念及性质2一、瓦斯的概念矿井瓦斯：矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体总称，有时单独指甲烷。二、矿井瓦斯性质1.物理化学性质（1）无色、无味、无毒的气体；能燃烧、会爆炸。（2）渗透性与扩散性强；难溶于水；比空气轻，通风不良时易积存在巷道的顶部。（3）甲烷是重要的能源之一，可做燃料和化工原料。

2.灾害性（1）燃烧：混合空气CH4浓度＜5%，或＞15%；（2）爆炸：混合空气CH4浓度5%～15%；（3）窒息：混合空气CH4浓度＞40%；（4）喷出或突出危险性：煤层瓦斯压力

＞0.74MPa。（5）温室效应：仅次于氟利昂，是CO2的25-30倍。§1.1煤层瓦斯的概念及性质一、瓦斯的概念§1.1煤层瓦斯的概念及性质3瓦斯的成生物化学成气时期煤化变质作用时期在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65℃的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤.有机物在高温、高压作用下，处于变质造气时期，挥发分减少，固定碳增加，生成的气体主要为CH4和CO2。一、瓦斯的生成§1.2煤层瓦斯生成和赋存瓦生物化学成气时期煤化变质作用时期在植物沉积成煤初期的泥炭4生成过程：植物遗体→生物化学作用（温度65℃以下、常压、埋深浅；生成腐泥、泥炭，瓦斯）→煤化变质作用（高温、高压、埋藏深；生成褐煤、烟煤和无烟煤，瓦斯）§1.2煤层瓦斯生成和赋存6生成过程：植物遗体→生物化学作用§1.2煤层瓦斯生成和赋5煤中孔隙分类微孔：直径<10-5mm小孔：直径10-5mm～10-4mm中孔：直径10-4mm～10-3mm大孔：直径10-3mm～10-1mm可见孔及裂隙，>10-1mm二.煤层瓦斯的赋存1.瓦斯在煤体内赋存状态渗透容积：小孔至可见孔孔隙体积之和。总孔隙体积：吸附容煤中孔隙分类微孔：直径<10-5mm小孔：直径10-5mm6吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态1.瓦斯在煤体内赋存状态吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态1.瓦斯在煤体内赋存状态7带名（从上到下）气带成因CO2N2CH4（按体积）%（按体积）%（按体积）%CO2-N2空气~生化成因20~8020~800~10N2空气成因0~2080~1000~20N2-CH4变质成因0~2020~8020~80CH4变质成因0~100~2080~1002.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分带名气带成因CO2N2CH4（按体积）%（按体积）%（按体积8深2.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分深2.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分9瓦斯风化带下部边界确定煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2m3/t煤的瓦斯含量达到2～3m3/t（烟煤）和5～7m3/t（无烟煤）煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）氮气—二氧化碳带、氮气带、氮气—甲烷3.瓦斯风化带下部边界的确定瓦斯风化带煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa在瓦斯风化10１.煤层瓦斯压力的概念赋存在煤层孔隙中的游离瓦斯煤层瓦斯压力当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与瓦斯压力成正1.3煤层瓦斯压力及其测定

１.煤层瓦斯压力的概念赋存在煤层孔隙中的游离瓦斯煤层瓦斯压力11２.煤层瓦斯压力分布的一般规律０２４６８102004006008001000同一矿区，煤层瓦斯压力随深度的２.煤层瓦斯压力分布的一般规律０２４６８1020040060123.煤层瓦斯压力的测定方法填料封孔法打完钻孔后，先再向孔内放置带有压力表接头的测压管，管径约为6-8mm，长度不小于6m，最后用充填材料3.煤层瓦斯压力的测定方法填料封孔法打完钻孔后，先再向孔内放133.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法——胶圈封孔器法优点：简便易行，封孔器可缺点：封孔深度小，且要求封孔段岩石必须致密、3.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法优点：简便易缺点：封孔143.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法——胶圈—压力粘液封孔器法优点：封孔段长度大，压力粘液可渗入封孔段岩（煤）体裂隙，3.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法优点：封孔段长151.煤层瓦斯含量含量的残存瓦斯含量煤层瓦斯含量

原始瓦斯含量单位质量或体积的煤中所含有的煤层未受采动影响时的瓦煤层受到采动影响，已经排放出部分瓦斯，则剩余在煤1.4煤层瓦斯含量的测定1.煤层瓦斯含量含量的残存瓦斯含量煤层瓦斯含量16煤田地质史2.影响煤层瓦斯含量因素煤田的形成经过了漫长的地质变化。随着地层的上升和沉降，覆盖层加厚或剥蚀，对煤层瓦斯流失排放的过程产生了不同的影响。地层上升时，剥蚀作用增强，使煤层露出地表，煤层瓦斯的运移排放速度加快；地层下降时，煤层的覆盖层加厚，从而缓解了瓦斯向地煤田地质史2.影响煤层瓦斯含量因素煤田的形成经过了漫长的地质17褶曲构造地质构造

开放性构造发育煤层，瓦斯含量小；封闭性构造褶曲构造地质构造开放性构造发育18褶曲构造地质构造

靠近断层带附近瓦斯含量降低；稍远离断层，瓦斯含量增高；离断层再远，瓦斯褶曲构造地质构造靠近断层带附近19煤的变质程度煤层围岩性质煤层赋存条件水文地质条件地质构造决定因素2.影响煤层瓦斯含量因素煤的变质程度煤层围岩性质煤层赋存条件水文地质条件地质构造决定203.煤层瓦斯含量的测定方法直接方法间接方法地勘方法井下方法按方法特点分按应用范围分分类3.煤层瓦斯含量的测定方法直接方法间接方法地勘方法井下方法按21（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法测定步骤采样瓦斯解吸规律测定损失瓦斯量计算试验室煤样脱气煤层瓦斯含量计算（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法测定步骤采样瓦斯解22（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法23井下钻屑解吸法(A)井下钻屑解吸法(B)井下钻屑解吸法(C)（2）生产时期井下煤层瓦斯含量的直接测定法仅适用于k<1的煤层，要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长。适应于所有煤层。要推算煤样在取样过程中的损失量Q2、煤样解吸测定终了后的残存瓦斯量Q3＋Q4。不需要推算损失瓦斯量和测定残存瓦斯量,测定周期仅15～30min井下钻屑井下钻屑井下钻屑（2）生产时期井下煤层瓦斯含量的直接24采样（2）生产时期井下煤层瓦斯含量的直接测定法测定步骤

负压取样器皂膜流量计瓦斯解吸规律测定损失瓦斯量计算煤样粉碎过程和粉可解吸瓦斯量计算采样（2）生产时期井下煤层瓦斯含量的直接测定法测定步骤负压25（3）煤层瓦斯含量间接测定方法根据煤层瓦斯压力和煤的吸附等温线确定煤的瓦斯含量计算需要数据瓦斯压力，吸附常数，工业分析，孔缺点需测参数多，周期（3）煤层瓦斯含量间接测定方法根据煤层瓦斯压力和煤的吸附等26（3）煤层瓦斯含量间接测定方法采样测定步骤

测定不同平衡瓦斯压力下煤样解吸瓦斯量计算煤的瓦斯含量系数α煤样吸附平衡含量系数法计算优点简便，适应于瓦斯流动计算用瓦斯含量和压力估算缺点：（3）煤层瓦斯含量间接测定方法采样测定步骤测定不同平衡瓦27（3）煤层瓦斯含量间接测定方法根据煤的残存瓦斯含量推算煤层瓦斯含量当实测残存瓦斯含量≤3m3/tf：X0＝1.33Xc当实测残存瓦斯含量＞3m3/tf：X0＝2.05Xc-2.17cc计算公式

技术关键在掘进工作面煤壁暴露30min后，从煤层顶部和底部各取一个煤样，装入密封罐，送试验室测煤的残存瓦斯含量；如暴露时间已超过30min，需清除煤壁0.2-0.3m深，再采（3）煤层瓦斯含量间接测定方法根据煤的残存瓦斯含量推算煤层28（3）煤层瓦斯含量间接测定方法直接测定法与间接测定法的比较直接测定法间接测定避免了间接测定法测定许多参数时的测量误差煤样在采取过程中难免有部分瓦斯散失，需要建立补偿瓦斯煤样不需要密封，采样方法简单需要实测煤层瓦斯压力，且各种（3）煤层瓦斯含量间接测定方法直接测定法与间接测定法的比较29矿井瓦斯防治技术辽北技师学院矿井瓦斯防治技术辽北技师学院30第一章煤层瓦斯的赋存与含量1.1瓦斯概念及性质1.2煤层瓦斯的生成和赋存1.3煤层瓦斯压力及其测定1.4煤层瓦斯含量及其测定第一章煤层瓦斯的赋存与含量1.1瓦斯概念及性质31一、瓦斯的概念矿井瓦斯：矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体总称，有时单独指甲烷。二、矿井瓦斯性质1.物理化学性质（1）无色、无味、无毒的气体；能燃烧、会爆炸。（2）渗透性与扩散性强；难溶于水；比空气轻，通风不良时易积存在巷道的顶部。（3）甲烷是重要的能源之一，可做燃料和化工原料。

2.灾害性（1）燃烧：混合空气CH4浓度＜5%，或＞15%；（2）爆炸：混合空气CH4浓度5%～15%；（3）窒息：混合空气CH4浓度＞40%；（4）喷出或突出危险性：煤层瓦斯压力

＞0.74MPa。（5）温室效应：仅次于氟利昂，是CO2的25-30倍。§1.1煤层瓦斯的概念及性质一、瓦斯的概念§1.1煤层瓦斯的概念及性质32瓦斯的成生物化学成气时期煤化变质作用时期在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物在隔绝外部氧气进入和温度不超过65℃的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。泥炭时期埋深不大，生成的瓦斯通过渗滤和扩散排放到大气中，因此，生物化学作用产生的瓦斯一般不会保留在煤层内。随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤.有机物在高温、高压作用下，处于变质造气时期，挥发分减少，固定碳增加，生成的气体主要为CH4和CO2。一、瓦斯的生成§1.2煤层瓦斯生成和赋存瓦生物化学成气时期煤化变质作用时期在植物沉积成煤初期的泥炭33生成过程：植物遗体→生物化学作用（温度65℃以下、常压、埋深浅；生成腐泥、泥炭，瓦斯）→煤化变质作用（高温、高压、埋藏深；生成褐煤、烟煤和无烟煤，瓦斯）§1.2煤层瓦斯生成和赋存6生成过程：植物遗体→生物化学作用§1.2煤层瓦斯生成和赋34煤中孔隙分类微孔：直径<10-5mm小孔：直径10-5mm～10-4mm中孔：直径10-4mm～10-3mm大孔：直径10-3mm～10-1mm可见孔及裂隙，>10-1mm二.煤层瓦斯的赋存1.瓦斯在煤体内赋存状态渗透容积：小孔至可见孔孔隙体积之和。总孔隙体积：吸附容煤中孔隙分类微孔：直径<10-5mm小孔：直径10-5mm35吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态1.瓦斯在煤体内赋存状态吸附瓦斯游离瓦斯吸收状态吸着状态1.瓦斯在煤体内赋存状态36带名（从上到下）气带成因CO2N2CH4（按体积）%（按体积）%（按体积）%CO2-N2空气~生化成因20~8020~800~10N2空气成因0~2080~1000~20N2-CH4变质成因0~2020~8020~80CH4变质成因0~100~2080~1002.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分带名气带成因CO2N2CH4（按体积）%（按体积）%（按体积37深2.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分深2.煤层瓦斯垂向分带各带气体组分38瓦斯风化带下部边界确定煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa在瓦斯风化带开采煤层时，煤层的相对瓦斯涌出量达到2m3/t煤的瓦斯含量达到2～3m3/t（烟煤）和5～7m3/t（无烟煤）煤层内的瓦斯组分中甲烷组分含量达到80%（体积比）氮气—二氧化碳带、氮气带、氮气—甲烷3.瓦斯风化带下部边界的确定瓦斯风化带煤层内的瓦斯压力为0.1～0.15MPa在瓦斯风化39１.煤层瓦斯压力的概念赋存在煤层孔隙中的游离瓦斯煤层瓦斯压力当煤的吸附瓦斯能力相同时，煤层瓦斯压力越高，当煤的孔隙率相同时，游离瓦斯量与瓦斯压力成正1.3煤层瓦斯压力及其测定

１.煤层瓦斯压力的概念赋存在煤层孔隙中的游离瓦斯煤层瓦斯压力40２.煤层瓦斯压力分布的一般规律０２４６８102004006008001000同一矿区，煤层瓦斯压力随深度的２.煤层瓦斯压力分布的一般规律０２４６８1020040060413.煤层瓦斯压力的测定方法填料封孔法打完钻孔后，先再向孔内放置带有压力表接头的测压管，管径约为6-8mm，长度不小于6m，最后用充填材料3.煤层瓦斯压力的测定方法填料封孔法打完钻孔后，先再向孔内放423.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法——胶圈封孔器法优点：简便易行，封孔器可缺点：封孔深度小，且要求封孔段岩石必须致密、3.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法优点：简便易缺点：封孔433.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法——胶圈—压力粘液封孔器法优点：封孔段长度大，压力粘液可渗入封孔段岩（煤）体裂隙，3.煤层瓦斯压力的测定方法封孔器封孔法优点：封孔段长441.煤层瓦斯含量含量的残存瓦斯含量煤层瓦斯含量

原始瓦斯含量单位质量或体积的煤中所含有的煤层未受采动影响时的瓦煤层受到采动影响，已经排放出部分瓦斯，则剩余在煤1.4煤层瓦斯含量的测定1.煤层瓦斯含量含量的残存瓦斯含量煤层瓦斯含量45煤田地质史2.影响煤层瓦斯含量因素煤田的形成经过了漫长的地质变化。随着地层的上升和沉降，覆盖层加厚或剥蚀，对煤层瓦斯流失排放的过程产生了不同的影响。地层上升时，剥蚀作用增强，使煤层露出地表，煤层瓦斯的运移排放速度加快；地层下降时，煤层的覆盖层加厚，从而缓解了瓦斯向地煤田地质史2.影响煤层瓦斯含量因素煤田的形成经过了漫长的地质46褶曲构造地质构造

开放性构造发育煤层，瓦斯含量小；封闭性构造褶曲构造地质构造开放性构造发育47褶曲构造地质构造

靠近断层带附近瓦斯含量降低；稍远离断层，瓦斯含量增高；离断层再远，瓦斯褶曲构造地质构造靠近断层带附近48煤的变质程度煤层围岩性质煤层赋存条件水文地质条件地质构造决定因素2.影响煤层瓦斯含量因素煤的变质程度煤层围岩性质煤层赋存条件水文地质条件地质构造决定493.煤层瓦斯含量的测定方法直接方法间接方法地勘方法井下方法按方法特点分按应用范围分分类3.煤层瓦斯含量的测定方法直接方法间接方法地勘方法井下方法按50（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法测定步骤采样瓦斯解吸规律测定损失瓦斯量计算试验室煤样脱气煤层瓦斯含量计算（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法测定步骤采样瓦斯解51（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法52井下钻屑解吸法(A)井下钻屑解吸法(B)井下钻屑解吸法(C)（2）生产时期井下煤层瓦斯含量的直接测定法仅适用于k<1的煤层，要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长。适应于所有煤层。要推算煤样在取样过程中的损失量Q2、煤样解吸测定终了后的残存瓦斯量Q3＋Q4。不需要推算损失瓦斯量和测定残存瓦斯量,测定周期仅15～30min井下钻屑井下钻屑井下钻屑（