1、1、煤层厚度变化 2、地质构造 3、岩浆侵入煤层 4、岩溶陷落柱 5、矿井瓦斯 6、煤层顶底板 7、地温 8、地应力,内容提要,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,第五节 矿井瓦斯,瓦斯：是指在煤矿生产过程中，从煤和围岩中释放出来的一种多成分的混合气体(CH4 、N2 、CO2 、 C2H6 、 SO2 、H2S 、CO等)。 性质：瓦斯中甲烷（CH4）占绝大多数。瓦斯又称沼气，为无色、无味、无毒，可以燃烧和爆炸的气体。比重为0.554，比空气轻，聚集在巷道上部。矿井瓦斯、煤成气、煤层气,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,一、有关瓦斯的概念和性质,第五节 矿井瓦斯,二、矿井瓦斯的形成及分带,
2、1、瓦斯的赋存状态 1）游离(自由）状态瓦斯：以气体分子自由运动于煤层孔隙和裂隙中的瓦斯（取决孔隙率、温度、压力等）； 2）吸附状态瓦斯：吸附在煤基颗粒表面的瓦斯，它往往形成一层薄膜（70%-95%）； 3）溶解状态瓦斯：溶解于煤层水中的瓦斯（微量）。,瓦斯的吸附和解析,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,2、瓦斯的成因瓦斯的形成和煤的形成是同步的，而且贯穿整个成煤过程的始终，但瓦斯大量生成并保存下来，是在煤的变质作用阶段 。 1）生物化学作用阶段植物成煤第一阶段有机质分解形成瓦斯，此阶段形成瓦斯是大量的，但保存很少，因为此时成煤物质多暴露在地表或埋藏很浅，绝大多数瓦斯都逸散到大气中。 2）变
3、质作用阶段成煤的第二阶段过程中，煤炭物质产生热解，发生一系列变化同时产生大量瓦斯。该阶段形成的瓦斯，由于在地下深处，不易扩散，煤矿生产中所揭露的瓦斯绝大部分是这阶段形成。 3）油气田瓦斯侵入来源于周围的含油层,第五节 矿井瓦斯,二、矿井瓦斯的形成及分带,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,第五节 矿井瓦斯,二、矿井瓦斯的形成及分带,3、瓦斯的分带 矿井瓦斯具有分带现象，自上而下按瓦斯成分分为 （1）氮气二氧化碳带，二氧化碳大于20； （2）氮气带，氮气大于80、甲烷小于20； （3）氮气甲烷带，甲烷为2080； （4）甲烷带，甲烷含量大于80，氮气小于20 。 前三个带统称为瓦斯风化带。其深度
4、差别很大，决定于空气透入条件，上部煤岩层风氧化情况及地下水活动强弱程度。 风化带下，瓦斯含量、压力、涌出量与煤层埋藏深度呈正线性关系（？）。,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,煤层瓦斯含量：单位体积或重量的煤体内，在自然条件下含瓦斯的体积，单位m3/t、m3/m3、cm3/g，它应包括吸附、游离和溶解瓦斯。,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,三、瓦斯含量的研究,第五节 矿井瓦斯,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,三、瓦斯含量的研究,1、影响瓦斯含量的地质因素：,第五节 矿井瓦斯,（1）煤的变质程度,（2）围岩和煤层的渗透性,地质构造对瓦斯的聚积和排放具有双重作用：张性断裂有利于瓦斯排放，
5、压性断裂有利于瓦斯聚积。在煤层顶板岩性致密，透气性差的条件下，在未受断裂破坏和严重剥蚀的褶皱地区，一般在背斜轴部瓦斯含量大，向斜槽部小，当顶板为脆性岩层时，则相反。 渗透性好，有利用于瓦斯的运移和排放，煤层瓦斯含量较小，瓦斯分布较均一；透气性差，不利于瓦斯的运移和排放，有利其保存，瓦斯含量较大。 变质程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大。 变质程度不同的煤，空隙率不同，吸附能力差异较大。,（4）地下水活动：地下水活动区域有利于瓦斯的排放。 （5）煤田的暴露程度：暴露式煤田有利于瓦斯排放，隐伏式煤田有利于其聚积。 （6）煤层埋藏深度（瓦斯梯度的概念）,瓦斯梯度：矿井瓦斯相对涌出量每增加1m3/t
6、时所增加的深度； 瓦斯含量梯度：同一矿井内瓦斯含量每增加1m3/t时所增加的深度； 瓦斯压力梯度：矿井瓦斯压力每增加0.1MPa时所增加的深度；,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,三、瓦斯含量的研究,1、影响瓦斯含量的地质因素：,第五节 矿井瓦斯,1）直接测定法： （1）密封式：利用密封式煤芯采取器上、下端的活门，将未脱气的煤样在钻孔底部密封，送化验室测定煤样中的瓦斯体积，算出瓦斯含量。 （2）集气式：利用集气式煤芯采取器上部的集气室，收集钻进和提钻过程中从煤芯泄出的瓦斯，算出煤的瓦斯含量。 （3）气测井法：利用气测井仪器测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量，煤芯和钻屑中残留的瓦斯量，算出总瓦斯量，
7、除以钻进切除的煤量，即可得到煤的瓦斯含量。 2）间接测定法：现场实测瓦斯压力，实验室测定煤样的吸附常数和煤质参数，用公式算出瓦斯含量。,三、瓦斯含量的研究,2、煤层瓦斯含量的测定：,第五节 矿井瓦斯,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,朗缪尔（Langmuir）方程：式中 V吸附量，m3/t（可燃基）；VL兰氏体积，m3/t（可燃基）； PL兰氏压力，MPa； P储层压力，MPa,2）间接测定法：,煤兰氏体积(VL):等温吸附实验加压过程中，煤样所能饱和吸附甲烷的数量。,煤兰氏压力(PL):等温吸附实验加压过程中，煤样的甲烷吸附量达到饱和吸附量一半时的压力。,3、瓦斯含量预测图的编制 1）底图
8、：煤层底板等高线图 2）编制资料：取样成果资料 3）编图步骤：填绘取样点，并着色；注明瓦斯含量和距地表深度；勾绘瓦斯含量等值线。,三、瓦斯含量的研究,第五节 矿井瓦斯,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,第五节 矿井瓦斯,1、矿井瓦斯涌出现象,（1）普通涌出 （2）特殊涌出:分为瓦斯喷出和煤（岩）与瓦斯突出两类。,煤矿开采过程中，由受采动影响的煤层、岩层，以及由采落的煤、矸石向井下空间放出瓦斯的现象称为瓦斯涌出。 瓦斯从煤岩层的孔隙和裂隙中长期缓慢逸出的现象称为普通涌出。首先涌出的是游离瓦斯，然后是吸附瓦斯，其为矿井瓦斯放出
9、的主要形式。,煤（岩）与瓦斯突出:采掘过程中，在地应力和瓦斯的共同作用下，破碎的煤、岩、瓦斯由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。常伴有强烈的响声，是冲击力很大的一种冲击地压现象。 瓦斯喷出：大量承压瓦斯从煤体或岩体裂隙中大量异常涌出的现象，常伴有咝咝的响声，但不产生煤与岩石抛出的动力现象。,（1）绝对瓦斯涌出量指矿井在单位时间内涌出的瓦斯量，单位用m3/d或m3/min表示。 （2）相对瓦斯涌出量指矿井在正常生产情况下，平均每产1t煤所涌出的瓦斯量，单位用m3/t表示。（注意与瓦斯含量的区别）,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,2、矿井瓦斯涌出量
10、,矿井生产过程中实际涌入采掘空间的瓦斯数量:,第五节 矿井瓦斯,四、矿井瓦斯涌出量及矿井瓦斯等级,瓦斯矿井等级是根据矿井的相对瓦斯涌出量、绝对瓦斯涌出量和涌出形式划分：低瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量小于10 m3/t且绝对瓦斯涌出量小于或等于40 m3/min ；高瓦斯矿井，相对瓦斯涌出量大于10 m3/t或绝对瓦斯涌出量大于40 m3/min ；煤（岩）与瓦斯（co2）突出矿井，在采掘过程中只要发生过一次煤（岩）与瓦斯（co2）突出（简称突出）的矿井。,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,3、矿井瓦斯等级,第五节 矿井瓦斯,五、防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作,（1）煤层的埋藏深度 深部地层静压
11、力增大 （2）地质构造和地应力 地质构造带应力集中 （3）煤层厚度变化 厚的软煤分层中瓦斯含量和压力大 （4）煤的物理力学性质 弹性应变高、孔隙多、透气性低、构造煤、显微结构有大量空洞（突出危险煤层特点） （5）煤变质程度 高变质的瓦斯含量和瓦斯压力都大于低变质煤 （6）地下水活动 涌水量大的矿井较水量小的矿井突出的危险性小,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,1、煤（岩）与瓦斯突出的地质因素分析,第五节 矿井瓦斯,（1）作好突出点的地质编录 （2）编制突出点分布图（反映强度、瓦斯含量和压力） （3）收集瓦斯地质预报资料（可能突出的构造位置） （4）分析瓦斯突出与地质条件的关系（标志、预兆）
12、（5）编制瓦斯突出预测图,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,五、防治煤（岩）与瓦斯突出的地质工作,2、防突的地质工作,第五节 矿井瓦斯,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,小节,1、矿井瓦斯的概念和性质,2、矿井瓦斯的形成和分带,（1）赋存状态 （2）成因 （3）瓦斯的分带,3、瓦斯含量的研究,（1）概念 （2）影响瓦斯含量的地质因素 （3）瓦斯含量的测定（直接和间接）,（4）瓦斯含量预测图编制,瓦斯梯度、瓦斯含量梯度、瓦斯压力梯度,第五节 矿井瓦斯,第六章 影响煤矿生产的主要地质因素,小节,（1）涌出现象,普通涌出 特殊涌出（瓦斯喷出和煤（岩）瓦斯突出）,4、矿井瓦斯涌出量级矿井瓦斯等级,
13、（2）矿井瓦斯涌出量,绝对涌出量 相对涌出量,第五节 矿井瓦斯,（3）矿井瓦斯等级,5、防治煤（）与瓦斯突出的地质工作,（1）突出的地质因素分析 （2）防突的地质工作,1、影响煤矿生产的主要地质因素有哪些？ 2、煤层厚度变化对煤矿生产的影响主要表现在以下四个方面？ 3、矿井地质构造划分依据有哪些？ 4、矿井断层的定量分类方案？ 5、巷道遇断层以前可能什么征兆？ 6、岩浆侵入体的特征？ 7、瓦斯的定义，赋存状态？ 8、瓦斯分为哪几个带？,作业（思考题）,9、影响瓦斯含量的地质因素有哪些？ 10、岩溶塌陷的定义？ 11、岩溶发育的四个条件？ 12、陷落柱有哪些井下特征？ 13、陷落柱有哪些判别标志？ 14、陷落柱井下物探的原理和方法？ 15、在生产过程中，对煤厚变化、断层、褶皱、节理、陷落柱、侵入煤层岩体如何处理？,作业（思考题）,
