《瓦斯地质学》复习思考题答案1

《瓦斯地质学》复习思考题

一、名词解释

1．煤与瓦斯突出：煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种复杂的瓦斯动力现象，表现为在很短时间（几秒至数十秒）内，大量的煤（几吨至数千吨）和瓦斯（数百至数百万米）由煤体向采掘巷道喷出，伴随着强大的冲击力，破坏煤壁，摧毁巷道，使风流逆转，煤流埋人，甚至造成严重的爆炸事故。

2．保护层开采：煤层群中的首采煤层（非突出煤层），当该煤层开采后，能够使具有突出危险性的煤层丧失或降低危险性。

3．煤层残存瓦斯含量：当煤层受采动影响而涌出一部分瓦斯后，此时，单位重量煤中所含有的换算成标准状态下的瓦斯体积称之为煤层残存瓦斯含量，它的常用计量单位亦是m3/t和cm3/g。

4．煤层原始瓦斯压力：当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，煤中平衡瓦斯压力称之为煤层原始瓦斯压力，其物理单位为MPa。

5．瓦斯放散初速度：表示煤体当中瓦斯放散快慢的一个指标，通常是在实验室测定10－60秒充满瓦斯的煤体放散瓦斯的体积。

6．相对瓦斯涌出量：是指在矿井正常生产条件下平均每采一吨煤所涌出的瓦斯体积，单位是m3/t。

7．瓦斯解吸：煤体中的瓦斯由吸附状态转化为游离状态的过程称为瓦斯解吸。

8．瓦斯风化带：煤层中所含瓦斯的CH4成分达80%；煤层瓦斯压力为0.1~0.15MPa；在同样自然条件下（水分和温度等），与煤层瓦斯压力0.1~0.15MPa 相当的瓦斯含量；矿井相对瓦斯涌出量为2m3/t的这些深度。

9．煤的坚固性系数：坚固性系数或强度系数是一个无量纲量，它用于表示岩石抗冲击能力的大小或破坏时破碎功的大小。坚固性系数f值越小说明岩石抗冲击能力越小，或破坏时所需要的破碎功越小。f值的研究表明，它是一个很好的表征煤体破坏程度的量。

10．构造煤：构造煤（deformed coal; tectoniccoal）是在构造应力作用下煤

层发生破裂、粉化作用或强烈的韧塑性变形及流变迁移作用，发生物理化学变化，煤层原生的成分、结构、构造发生改变，是地球演化的产物，是地球应力的记录。

11．原生结构煤：原生结构煤是指未受构造变动，保留原生沉积结构、构造特征，煤层原生层理完整、清晰，仅有少量内生、外生裂隙发育，煤体呈块状。显微镜下显微组分排列，整齐、组分界限清晰。原生结构煤的煤岩成分、结构、构造、内生裂隙清晰可辨

12．构造煤的渗透率：煤的渗透率是一个相当复杂的课题，它与煤的结构、气体成份、孔隙度、煤的变质程度、孔隙压力及围压有关。

13．断裂构造：岩层在构造应力的长期作用下，岩层连续性被破坏，岩层中产生破裂面，为断裂构造。（常见的断裂构造有节理和断层。）

14．构造煤光性组构：煤的光性特征是指镜质组的反射率。镜质组反射率已被证明为一种快速可测和准确的煤级指标，它不受显微组分的组成的影响。

二、简答题

1．瓦斯地质图法原理是什么？

瓦斯地质图法就是在系统收集、整理建矿以来采掘工作面每日的瓦斯浓度、风量和抽放量的基础上，准确地计算出各个采、掘工作面每日的绝对瓦斯涌出量点值，将整理出来的数千个、数万个瓦斯涌出量点值再经过认真的筛选，转绘到瓦斯地质图上，就可以直观的看出与各种地质因素和开采条件之间的关系。瓦斯地质图上展绘的已采、掘工作面的瓦斯涌出量点值，熟练的工程技术人员就可以预测到临近未采面的瓦斯涌出量的大小。同时，对于不同回采工艺、不同回采顺序计算出来的瓦斯涌出量可以建立对比关系。用这种方法建立起的瓦斯涌出量预测关系式和在瓦斯地质图上展示出的大量瓦斯涌出量点、瓦斯涌出量等值线，我们称为瓦斯地质图瓦斯涌出量预测方法。

2．简述构造煤渗透性

渗透率是影响瓦斯突出和瓦斯工业抽放的重要参数。突出煤层与非突出煤层的渗透率特征，煤层渗透性的各向异性、煤级、孔隙压力及其地应力的影响已得到了广泛的研究。目前的研究结论认为，突出煤层具有低的渗透率，它随地应力增加而减小。原地煤层渗透率大于5mD时无突出危险性。对于岩芯试样试验结

果表明，渗透率小于10-3 mD具有严重突出危险性，当渗透率大于10-1 mD时具有最小的突出危险性。突出煤大部分是构造煤。因此，不难推测，构造煤比原生结构煤具有更低的瓦斯渗透率，而且随煤体破坏程度升高而降低。对于碎粒煤和糜棱煤，因割理系统破坏而被认为是低渗透煤层，不利于煤层开采。

煤的渗透率是一个相当复杂的课题，它与煤的结构、气体成份、孔隙度、煤的变质程度、孔隙压力及围压有关。

3．简述煤与瓦斯突出的基本特征。

答：突出的煤向外抛出距离较远，具有分选显现；抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角；

抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无粒感的煤粉；有明显的动力效应，破坏支架、推倒矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设施；有大量的瓦斯（二氧化碳）涌出，瓦斯（二氧化碳）涌出量远远大于突出煤的瓦斯（二氧化碳）含量，有时会使风流逆转；

突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形以及其它分岔形等。

——再详细一些

4．简述应用分源预测法预测瓦斯涌出量时，需要有哪些资料？

答：应用分源预测法预测瓦斯涌出量时，需要准备如下的原始资料：

（1）各煤层瓦斯含量测定资料、瓦斯风化带深度以及瓦斯含量等值线图；

（2）地层剖面和柱状图，图上应标明各煤层和煤夹层的厚度、层间距离和岩性；

（3）煤的工业分析指标（灰分、水分、挥发分和密度）和煤质牌号；

（4）开拓和开采系统图，应有煤层开采顺序、采煤方法、通风方式等。

5．煤层中瓦斯如何分带？瓦斯风化带划分的依据是什么？请结合自己的认识，谈谈煤层中不同分带的瓦斯分布规律？

在漫长的地质历史中，煤层中的瓦斯经煤层、煤层围岩和断层由地下深处向地表流动；而地表的空气、生物化学和化学作用生成的气体，则由地表向深部运动。由此形成了煤层中各种瓦斯成分由浅到深有规律的变化，这就是煤层瓦斯沿深度的带状分布。

煤层瓦斯自上而下可划分为四个带：二氧化碳氮气带、氮气带、氮气甲烷带

和甲烷带。前三个带统称为瓦斯风化带。各瓦斯带的划分标准如下表。

煤层中的瓦斯分为瓦斯风化带和瓦斯带，在瓦斯风化带中瓦斯含量低于2m3/t，大部分的在地质历史的变迁过程中逸散，仅保留一少部分瓦斯，因此在风化带中瓦斯赋存、分布没有明显的规律。

在瓦斯带中，瓦斯成份大于80%，瓦斯含量、瓦斯压力、涌出量基本上随着埋藏深度的增加而增大，但随着埋藏深度的加大，瓦斯增加的量会减小，最后达到极限吸附量。

6．影响瓦斯赋存的主要地质因素有哪些？请分别阐述这些影响因素对瓦斯赋存是如何影响的？——瓦斯含量控制因素

（1）煤的变质程度

在煤化作用过程中，不断地产生瓦斯，煤化程度越高，生成的瓦斯量越多，煤化程度越高，吸附瓦斯量越大。

（2）围岩条件

煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的层段。煤层围岩对瓦斯赋存的影响，决定于它的隔气、透气性能。

（3）地质构造

地质构造对瓦斯赋存的影响，一方面是造成了瓦斯分布的不均衡，另一方面是形成了有利于瓦斯赋存或有利于瓦斯排放的条件。不同类型的构造形迹，地质构造的不同部位、不同的力学性质和封闭情况，形成了不同的瓦斯赋存条件。

（4）埋藏深度

一般情况下，煤层中的瓦斯压力随着埋藏深度的增加而增大。随着瓦斯压力的增加，煤与岩石中游离瓦斯量所占的比例增大，同时煤中的吸附瓦斯逐渐趋于饱和。因此从理论上分析，在一定深度范围内，煤层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加。但是如果埋藏深度继续增大，瓦斯含量增加的速度将要减慢。

（5）煤田的暴露程度

暴露式煤田，煤系地层出露于地表，煤层瓦斯往往沿煤层露头排放，瓦斯含量大为减少。

（6）水文地质条件

地下水与瓦斯共存于煤层及围岩之中，其共性是均为流体，运移和赋存都与煤、岩层的孔隙、裂隙通道有关。由于地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中瓦斯的运移，另一方面又带动溶解于水中的瓦斯一起流动。尽管瓦斯在水中的溶解度仅为1～4%，但在地下水交换活跃的地区，水能从煤层中带走大量的瓦斯，使煤层瓦斯含量明显减少。同时，水吸附在裂隙和孔隙的表面，还减弱了煤对瓦斯的吸附能力。因此，地下水的活动有利于瓦斯的逸散。地下水和瓦斯占有的空间是互补的，这种相逆的关系，常表现为水大地带瓦斯小，反之亦然。

（7）岩浆活动

岩浆活动对瓦斯赋存的影响比较复杂。岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，增大了瓦斯的生成量和对瓦斯的吸附能力。在没有隔气盖层、封闭条件不好的情况下，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。

7．什么是瓦斯地质区划？区划的原则是什么？通常所用的区划的指标有哪些？

瓦斯地质区划：是根据研究对象在时间、空间上的共同点和差异性进行分类的一种方法。

区划的原则：

①针对一定的区域进行的，根据目的选定区划级别。

②区划时要采用一定和划分标准；

③瓦斯地质单元边界的确定要能够反映控制瓦斯分布和突出的主导因素来确定；

④区划成果要反映在瓦斯地质图上。

区划指标：

常用的区划指标有：褶皱变形系数、煤厚变异系数、揉皱系数、围岩透气性系数、瓦斯涌出量、瓦斯突出分带（突出威胁区、突出危险区、无突出区）、煤

层密度等。

三、论述题

1．试阐述瓦斯赋存构造逐级控制理论。

答：大的地壳运动多是由板块碰撞引起的，中国的含煤地层较早的石炭—二叠纪煤系形成以来主要经历了印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动，其中又可分为早、中、晚。每次构造运动的构造规模、涉及的范围、构造应力场等都不尽相同。构造运动引起的煤层深成变质和岩浆热变质等会引起生烃作用。构造挤压、剪切作用会使煤体结构发生不同程度的脆韧性破坏，形成构造煤。不同级别的构造活动和构造应力场控制着构造作用的范围和强度，也就控制着不同区域、不同范围煤层瓦斯的赋存和分布，同时控制着煤层赋存条件、煤体结构破坏条件和范围。板块构造控制着区域构造的作用范围和强度；区域构造控制着矿区（煤田）的构造作用范围和强度；矿区构造控制井田和采区、采面构造的范围和强度。因此也就控制着不同级别范围煤层瓦斯的赋存和分布。只有搞清板块构造才能搞清区域构造控制，也才能搞清矿区构造控制，矿区构造控制矿井构造，矿井构造控制着采区、采面构造的分布。瓦斯赋存、构造煤和煤与瓦斯突出危险区的分布都是受构造控制的。因此，只有搞清瓦斯赋存构造逐级控制才能搞清不同级别的瓦斯地质规律，才能准确预测瓦斯。

2．为什么说瓦斯灾害预测和防治是国际性的技术难题？

答：瓦斯是无色、无味的气体，在矿井空间几乎无处不有，所有的采矿活动，每时每刻都能扰动它，涉及到它。瓦斯涌出聚集、瓦斯突出、瓦斯灾害的预测和防治，瓦斯灾害的发生，都涉及到复杂的地质因素、开采因素和人为因素。这些因素往往具有模糊性和随机性，既有静态特征，更具有千钧一发的动态特征。从管理上讲，人们的认识能力和快速反应能力往往处于被动状态。瓦斯事故发生的规律不同于水、火、顶板冒落等事故那样直观，而显得很抽象，容易引起作业时的疏忽。据统计，我国煤矿事故每年伤亡6000人以上，瓦斯伤亡人数占总数的40%以上。防治瓦斯灾害是煤矿安全生产的首要任务。

3．中国煤层高瓦斯赋存、高瓦斯涌出量区域有什么分布规律？

答：（1）以深成煤化作用为主的中、高变质烟煤、无烟煤带，地层连续沉积的拗陷带，控制了煤层高瓦斯赋存、高瓦斯涌出分布区、分布带；

（2）以深成煤化作用为主的中、高变质烟煤、无烟煤带，构造上以挤压作用为主，控制了煤层高瓦斯赋存，高瓦斯涌出量分布带；

（3）以岩浆热变质煤化作用为主的中、高变质烟煤、无烟煤（超高变质无烟煤除外），构造上以挤压、褶皱、逆冲推覆为主，控制了煤层高瓦斯赋存、高瓦斯涌出分布带；

（4）以含有多层油页岩为特征的早第三纪煤层中的高瓦斯煤田，控制了煤层高瓦斯赋存、高瓦斯涌出分布带；

（5）以含有油气涌出为特征的高瓦斯矿区，鄂尔多斯盆地南部焦坪等矿区早、中侏罗世煤层，控制了煤层高瓦斯赋存、高瓦斯涌出分布带。

4．煤层中瓦斯是如何形成的以及它的赋存状态？影响瓦斯赋存状态变化的主要因素是什么？以及这些变化因素与瓦斯赋存状态的关系？

答：煤层瓦斯是地质作用的产物，是在成煤过程中形成的。

在成煤作用的第一阶段（泥炭化阶段）即能产生瓦斯。在这一阶段的早期，植物遗体暴露在空气中或处于沼泽浅部富氧的条件下，遭受氧化和分解，生成的气态产物主要是二氧化碳(CO2)、一氧化氮(NO)等。在这一阶段的晚期，由于地壳下降、沼泽水面上升和植物遗体堆积厚度的增加，使正在分解的植物遗体逐渐与空气隔绝，从而出现弱氧环境或还原环境。在缺氧条件下，因细菌作用分解出甲烷、重碳氢化合物、氢及其它气体。泥炭化阶段所生成的瓦斯，由于接近地表，大部分已扩散到空气中，保存在泥炭中的很少。

成煤作用的第二阶段（煤化作用阶段），在温度、压力和作用持续时间的影响下，泥炭物质产生热分解，引起一系列的物理化学变化，使泥炭转变为褐煤，进一步可转变为烟煤和无烟煤。在这一过程中可生成大量的以甲烷为主的气态产物。

瓦斯在煤体中一般有吸附和游离二种赋存状态。煤对瓦斯的吸附作用是瓦斯分子和碳分子相互吸引的结果。

影响瓦斯赋存的状态的主要因素有：

温度：在相同压力下，吸附量随着温度升高而降低；

压力：在相同温度下，吸附量随着压力升高而加大；

气体性质：吸附能力CO2＞CH4＞N2

煤质牌号：在相同压力和温度下，煤的吸附瓦斯量随着煤的变质程度吉高而加大；

煤的比表面积：吸附量随着煤的比表面积的增加而增大。

5．矿井瓦斯涌出量预测的方法有哪几种？请分别阐述它们的理论基础和适用范围以及存在的不足？

答：从目前国内外研究现状来看，矿井瓦斯涌出量预测方法可分为三类：第一类是建立在数理统计基础上的矿山统计法，这种方法依据矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的统计规律，外推到预测的新区；适用于浅部，外推沿告垂向100~200 m，沿倾向不超过600 m。新矿井预测，精度低，仅考虑煤层下星期深度一个因素。

第二类是以煤层瓦斯含量为基本预测参数的瓦斯含量法，这种方法通过计算井下各涌出源的瓦斯涌出量，得到矿井或某一预测范围的涌出量预测值。新矿井预测，新水平开拓前瓦斯预测，以及新采区预测。不足：是预测前首选对瓦斯含量进行预测，导致预测的精度不高。—分源预测法

第三类是瓦斯地质数学模型法，通过对影响瓦斯涌出量的主要地质因素的分析，筛选出主要影响因素，在已采区建立多变量线性回归，是一种多元统计方法。综合考虑多种因素，对构造的影响处理的不好，预测精度可以满足生产要求。（参考）

6．瓦斯地质图的种类有哪些？如果要你编制某煤矿的瓦斯地质图，请问你是如何考虑的，写出详细的步聚？

答：瓦斯地质图的种类：

瓦斯地质柱状图

瓦斯地质剖面图

瓦斯地质平面图（矿井瓦斯地质图、矿区瓦斯地质图、分省瓦斯地质图、勘探阶段瓦斯地质图）

瓦斯地质图的编制方法：

（1）矿井瓦斯资料的收集和整理

系统整理矿井的瓦斯涌出量资料

矿井历年突出资料

瓦斯喷出点、异常涌出点、瓦斯压力测试点资料

钻孔瓦斯资料

（2）地质资料的整理

钻孔资料

区域构造、井田地质构造

含煤岩系特征、煤层围岩及其特征

煤层层数

煤的变质程度

煤质和煤体结构

煤岩产状变化

（3）进行瓦斯地质综合分析

从定性和定量的角度去筛选影响瓦斯的主要因素、区划瓦斯地质单元先单因素后多因素

（4）选择合理的编图方法

步骤：整理资料―综合分析－－展绘第一手资料－勾绘各种等值线－进行瓦斯区划和地质区划－划分瓦斯地质单元。

矿井、采区、工作面