矿井地质及瓦斯地质基础
《煤矿地质学》重考点归纳总结 第七章 矿井瓦斯和煤与瓦斯突出
第七章矿井瓦斯•瓦斯，又称沼气，是在煤的形成过程中生成并保存在煤层和围岩中的多成分混合气体。
化学成分以甲烷（CH4）为主。
(11、17解)•瓦斯是地质成因的，是地质作用的产物。
•在煤矿建设和生产中，煤层及围岩中的瓦斯会进入到采掘工作面中，并因其存在而降低井下空气的含氧量。
当氧气下降到12％以下时，可导致井下人员中毒窒息事故发生；井下空气中瓦斯达到一定浓度条件（5～16％），遇引爆火源可发生矿井瓦斯爆炸事故。
矿井瓦斯•一、瓦斯的形成与分带•1．瓦斯成分及其性质•瓦斯成分：CH4（主要）、N2、CO2。
•狭义的瓦斯指甲烷（CH4）。
甲烷为无色、无味、无嗅、无毒的气体，比空气轻，因而在井下它停积在巷道上部。
空气中甲烷浓度达到5～16％，遇引火源即可发生燃烧或爆炸。
•CO2为无色、无嗅、略带酸味并有一定毒性的气体，它的比重比空气大，在井下主要分布在巷道的下部。
大量二氧化碳在井下突然喷出可使人窒息。
矿井瓦斯•2．瓦斯的成因•瓦斯是在煤化作用过程中形成的。
泥炭化阶段，泥炭转变为褐煤，这一阶段以生物化学作用为主，可以产生甲烷。
•随着深度增加，地温进一步升高，约50～160℃时，煤化作用处于气煤到肥煤阶段，它不仅产生大量甲烷，而且在中晚期也是大量出油的阶段。
•当温度大于160～200℃时，煤转变为无烟煤，复杂的碳氢化合物遭到破坏，只能产生甲烷而不能生成石油。
矿井瓦斯❿3．瓦斯在煤层内的赋存状态❿（1）游离状态瓦斯❿瓦斯分子存在于煤体、围岩的空隙中。
❿（2）吸着状态瓦斯❿吸附瓦斯：瓦斯分子被吸附在煤体或岩体孔隙的表面。
❿吸收瓦斯：瓦斯分子在煤体内部。
矿井瓦斯❿4.瓦斯的垂直分带随深度增加混合气体中各组分相对含量有规律变化沿垂向可分三个带：CO 2-N 2带： CH 4＜ 10﹪ N 2-CH 4 带：CH 4＜ 10-80﹪ CH 4带：CH 4＞ 80﹪❿其中，前两个带统称为瓦斯风化带，其深度视地质情况而异。
❿“CH 4带”称为甲烷带，煤层瓦斯随深度增加而有规律的增长，但增长的梯度因地质条件而异。
蒋庄煤矿瓦斯地质规律与瓦斯涌出浅析
蒋庄煤矿瓦斯地质规律与瓦斯涌出浅析本文介绍了蒋庄煤矿地质构造和瓦斯情况，分析论述了褶皱、断层，围岩、水文地质、埋深等与瓦斯的关系，并进行了瓦斯含量、瓦斯涌出量及瓦斯与煤突出危险性预测。
标签：瓦斯地质规律瓦斯涌出1 井田地质构造特征蒋庄井田位于滕南煤田的中部，井田内为第四系覆盖，没有基岩露头。
本井田受高庙断层、刘仙庄断层、尹家洼断层等控制，总体构造线展布为NNE向，形成一断裂构造发育，以地堑、地垒为主要特点的宽缓褶皱区。
井田内断层很多，含煤地层沿走向、倾向产状均有变化，个别地段有岩浆侵入。
依据《矿井地质规程》和《生产矿井地质条件分类工作有关问题补充说明》等有关规定，根据统计和计算的各有关指标、数据，将蒋庄煤矿矿井地质条件综合评定为Ⅱ类，即Ⅱ-Ⅱa，Ⅰd，Ⅱeg型，属构造中等区。
井田内褶曲发育，褶曲轴向一般为北东向，局部轴向转为北北东向或北东东向，两翼岩层倾角一般为5～10°，个别地段达15°左右。
枢纽常有起伏，其角度一般小于5°，使褶曲成短轴状。
各个褶皱都不同程度地受到断层的破坏，使形态变得不明显或不完整。
井田内的主要褶曲由西向东有：柴里向斜、孔庄背斜、张庄向斜、高崮堆向斜、尹家洼背斜、房庄向斜、于桥背斜等。
共发现落差大于20m的断层36条，1.029条/km2，长度104080m，2973.7m/km2；落差10～20m的断层16条，0.44条/km2，长度4840m，132.1m/km2；落差5～10m的断层条比较多见，小型断层（落差5m以下）最发育，有280余条，占85.5%。
这些断层可分为三组，即北北东向正断层组、近东西向正断层组和北东向逆断层组；北北东向和近东西向的正断层为本井田的主要断裂构造，对煤层埋藏深度、地层沉积厚度（特别是上侏罗统蒙阴组）、构造格局，起着控制作用。
蒋庄煤矿矿区井田井田内褶曲发育，褶曲轴向一般为北东向，局部轴向转为北北东向或北东东向，两翼岩层倾角一般为5～10°，个别地段达15°左右。
矿井瓦斯防治基础知识基础知识
图 5 我国瓦斯压力与深度的关系
从5图中可以看出：
Ⅰ、我国大多数的煤层的瓦斯压力随深度增加呈线性增加，与煤的变质程度无关；
Ⅱ、地质条件正常，瓦斯风化带深度相同，处于同一深度下的煤层，瓦斯压力基本上是一致的；
Ⅲ、我国矿井实测资料表明，瓦斯压力（P）与深度（H）的关系可用下列直线关系表示；
表6 瓦斯分布带划分标准表
带 CO2 N2 CH4 Ar+Kr+Xe H2+N2 Ar/Xe
(%) M3/t (%) M3/t (%) M3/t (%) M3/t (%) M3/t
N2-CO2 20`~80 0.19~2.24 20~80 0.15~1.42 0~10 0~0.16 0.22~1.44 0.021~0.0178 <0.001 0.012
t------测试时煤样累计解吸时间， min 。
C------比例常数
T= t0+t
通过测定大数据组，用最小二乘方方法处理，可得出煤样的损失瓦斯量。也可直接由图表中算出损失量，见图 （7）
图 7 损失瓦斯量计算图
Ⅲ、间
W游----------游离瓦斯，M3/t；
由于各个煤田的成煤条件不一致，因此，各煤田的瓦斯组分也不相同。例如：辽宁红阳三井，由于受火山活动的影响，在Ⅰ、Ⅳ带之间形成了少见的二氧化碳沼气带。通常将沼气带以上的三个带统称为瓦斯风化带。起划分标准见表（6 ）
图 3 煤层瓦斯分布图
成煤过程及伴随的瓦斯涌出过程见图
图 4 煤层瓦斯生成流程
①、煤地层排放瓦斯时期的长短，时间越长，瓦斯风化带的深度越深；
②、层错动程度，错动程度越高。煤层排放瓦斯的不均匀性和排放程度就越大；
煤矿瓦斯地质规律与瓦斯预测构建
煤矿瓦斯地质规律与瓦斯预测构建煤矿瓦斯是一种危险气体，对煤矿安全生产带来了很大的威胁。
因此，了解煤矿瓦斯地质规律和瓦斯预测是非常重要的。
本文将介绍煤矿瓦斯地质规律和瓦斯预测的构建。
一、煤矿瓦斯地质规律1. 煤矿瓦斯的来源煤矿瓦斯是由地下煤炭储层中的有机物分解产生的一种混合气体，其主要成分是甲烷，还含有乙烷、丙烷等成分。
煤炭煤质、厚度、成熟度及埋深深浅等因素都会影响煤炭中瓦斯的含量。
2. 煤矿瓦斯的运移规律煤矿瓦斯是通过煤体孔隙、纹理、裂隙和煤体之间的孔隙、裂隙、缝隙等通道向矿井空间中运移的。
因此，了解煤炭储层的孔隙结构、煤体的物理性质以及煤层压力等因素对瓦斯运移规律的研究十分重要。
3. 煤矿瓦斯的分布规律煤炭储层中的瓦斯是不均匀分布的，瓦斯的含量和分布随着煤层的厚度、成熟度、埋深的不同而不同。
煤炭中的瓦斯含量也存在季节性变化和空间变化等特点。
二、瓦斯预测的构建瓦斯预测的目的是为煤矿生产提供可靠的瓦斯防治措施和运输安全保证。
以下是瓦斯预测需要进行的步骤：1. 收集煤炭地质、矿井工程和瓦斯监测等相关数据。
在进行瓦斯预测前，需要从煤炭地质、矿井工程和瓦斯监测等方面进行充分调查，获取可靠的数据信息。
2. 确定瓦斯含量的计算公式。
根据采集到的煤炭地质数据和瓦斯监测数据，运用统计学方法为不同区域确定瓦斯含量的计算公式。
3. 制定瓦斯预测方案。
利用得到的煤炭地质数据、瓦斯监测数据、瓦斯含量计算公式等信息，制定瓦斯预测方案。
4. 进行瓦斯预测和评估。
根据瓦斯预测方案，预测矿井生产过程中可能出现的瓦斯突出和爆炸事故。
同时，根据煤炭储层地质条件、煤层压力、煤层渗透性等因素，对瓦斯预测的准确性进行评估。
5. 制定防治措施。
依据瓦斯预测和评估结果，制定瓦斯防治措施，包括加强瓦斯监测、改进通风系统、加强瓦斯抽放、设置瓦斯灭火器等措施，以保证矿井生产的安全。
总之，煤矿瓦斯地质规律和瓦斯预测是保障煤矿生产安全的重要工作。
瓦斯预测的构建需要针对性强、可靠性高的瓦斯含量计算公式和相关研究结果的支撑，同时还需要加强相关技术的研发和应用，提升煤矿生产的安全性和效率。
矿井瓦斯基础理论及瓦斯压力测定
03
瓦斯压力测定方法
直接测定法
定义
直接测定法是通过在煤层或岩层中钻孔，安 装压力表直接测量瓦斯压力的方法。
适用范围
适用于各种类型的矿井和煤层条件，特别是 不稳定的煤层和岩层。
优点
直接测定法能够获得较为准确的瓦斯压力数 据，不受其他因素的影响。
缺点
需要耗费较长的时间和人力物力，且有一定 的安全风险。
02
煤与瓦斯突出
瓦斯压力的异常变化可能引发煤 与瓦斯突出，造成人员伤亡和财 产损失。
03
矿井通风与瓦斯涌 出
瓦斯压力影响矿井通风和瓦斯涌 出量，进而影响矿井安全生产的 组织与管理。
瓦斯压力的监测与控制
监测方法
采用传感器、仪表等设备监测矿井中各区域的瓦斯压力，及时掌握瓦斯压力变化情况。
控制措施
通过采取抽放瓦斯、降低煤层瓦斯含量等措施，降低矿井瓦斯压力，预防瓦斯事故的发 生。
间接测定法
定义
间接测定法是通过测量煤层或岩层的相 关物理参数，如地层温度、地层压力等
，推算瓦斯压力的方法。
优点
间接测定法操作简便，能够快速获得 瓦斯压力数据。
适用范围
间接测定法适用于地层条件较为稳定 、有明显的地层压力梯度的矿井。
缺点
由于受到多种因素的影响，推算结果 可能存在误差。
钻孔瓦斯压力测定
瓦斯的性质
瓦斯具有无色、无味、无毒、无刺激 性的特点，但其浓度过高时容易引发 窒息或燃烧爆炸等危险。
瓦斯的生成与赋存
瓦斯的生成
瓦斯主要由煤在成煤过程中生成，其生成量与煤的变质程度、煤层埋藏深度和含气量等因素有关。
瓦斯的赋存
瓦斯通常以吸附和游离状态赋存在煤层中，其赋存状态和分布受到煤层压力、温度和孔隙率等因素的 影响。
矿井地质基础知识
矿井地质基础知识一、地壳与地质作用㈠地壳及岩石从古到今，人类的活动，都在地壳的表层进行。
煤正是埋藏在地壳的表层。
组成地壳的是岩石，岩石是由一些矿物颗粒组成。
矿物是一种或多种元素在地质作用下自然形成的产物，每一种矿物均有一定的化学成分和物理性质。
因此，岩石的化学成分和物理性质是不均匀的，同一种岩石的化学成分和物理性质可以有很大的差别。
按生成的方式，岩石可以分三大类：1. 岩浆岩岩浆岩又称为火成岩，它是由岩浆冷凝而成。
地壳深处压力和温度都很高，各种物质熔化成岩浆。
当这种高温高压的岩浆沿着地壳裂缝移动到表层或喷出地面时，便冷凝成岩浆岩。
如花岗岩、玄武岩等，都是最常见的岩浆岩。
2. 沉积岩地表原有岩石经风化、剥蚀成碎屑，并经流水的搬运，在湖泊、沼泽地带沉积下来，这些沉积物经过压紧、胶结等作用形成沉积岩。
常见的沉积岩有砂岩、页岩和石灰岩等。
3. 变质岩变质岩是已经形成的各种岩石，在地下深处受到重力、地壳运动或岩浆侵入的高温作用，产生物理化学变化，改变了原来的成分和性质而变成的岩石。
如石灰岩变质成大理岩。
煤属沉积岩类。
在煤矿中遇到的主要是沉积岩，有些煤矿有岩浆岩侵入现象。
㈡地质作用与地壳运动组成地壳的物质，处于不断的运动和变化中。
促使地壳发生运动和变化的自然作用，称为地质作用。
有些地质作用进行得很激烈、明显，例如地震和火山爆发；而更多的地质作用则进行得很缓慢，需经历若干万年、亿年才显现出变化的结果根据引起地质作用的动力来源不同，可将地质作用分为两大类：动力主要来自地球本身内部的内力地质作用，动力主要来自于太阳的外力地质作用，两者之间相互影响。
1. 外力地质作用它主要由于太阳辐射能引起。
地表岩石经过长期风吹雨打、日晒和温度变化、生物活动等，逐渐被破坏剥离或分解，通称为风化剥蚀；风化剥蚀的产物，随风流或水流搬运，当到低洼开阔的地方风流或水流减缓、搬运作用减弱时，剥蚀产物则沉积下来，即所谓的沉积作用。
沉积物在低洼地带一层层的堆积，越来越厚，下面的沉积物被上面的压紧，进而胶结成一个整体岩层，就是沉积岩。
矿井瓦斯地质图说明书原始
矿井瓦斯地质图说明书前言《煤矿安全规程》第一百八十一条，无论是高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井还是低瓦斯矿井；无论是瓦斯灾害防治，还是瓦斯资源开发利用，都需要编制煤矿三级瓦斯地质图。
为此依据2007年，经国家安全生产监督管理总局批准的《矿井瓦斯地质图编制方法》行业标准，即中煤协会科技[2007]54号文件，现特编制本矿井瓦斯地质图。
一、矿井概况1.1 矿井交通位置、范围、自然地理概况1.1.1 矿井交通位置：兴元矿业有限公司（原名：元氏矿）隶属于冀中能源井矿集团，公司位于河北省元氏县境内，矿井工业广场坐落于马村乡太平庄村北侧。
京广铁路及京广公路由矿井东侧呈南北向通过，往东约4公里有京深高速公路。
矿井北距窦妪镇火车站约6Km，距石家庄约23Km，南距元氏火车站约8 Km。
矿井内地形平坦，乡间公路纵横，交通十分方便。
（见图1-1）1.1.2 矿井范围：兴元矿业有限公司井田范围南北长7.5Km，东西长1.72Km，面积13Km2。
矿井分院家村区（南翼采区）和马村区（北翼采区）两部分。
院家村区近似一个等边三角形，面积7.5 Km2，正在回采2#煤。
马村区以马村中心呈一长方形，面积5.5 Km2，当时不开采。
1.1.3自然地理概况:区内地形平坦，由西北向东南缓慢倾斜，地面高程+61- +71.0m，地形坡度 2.7‰。
井田内南北分别有潴龙河（上游建有蟠龙湖）、北沙河（上游建有“长村”水库），均为季节性河流，丰水期暴雨后河水猛涨,造成短期急流。
1.2矿井开拓方式、水平及采区划分1.2.1 矿井开拓方式：矿井采用一对竖井开拓，主井井筒直径5m，井深625m，副井直径6m，井深590.6m，主井标高+62.5m，主、副石门大巷贯穿各煤层，分别开采南北两翼采区。
1.2.2 水平划分：矿井划分为两个水平开采，第一水平定为-500m，第二水平定为-650m。
1.2.3 采区划分：由于矿井地质条件复杂，南北两翼各采区均以断层为边界进行划分。
煤矿地质和生产基础知识
(3)倾角：倾斜煤层层面与水平面所夹的最大锐角。
一、煤层的赋存状况及分类
三、煤层的产状与倾角
倾角的大小反映了煤层的倾斜程度。煤层倾角越大， 开采的难度也就越大，并且，煤层倾角对采煤方法和 设备的选型有很大的影响。根据倾角大小可将煤层分 为4类：
3、控制采面的矿山压力显然主要是控制基本顶的活动规律， 这样才能保证采面的安全。采面的支护对象是直接顶岩层， 通过直接顶间接地对基本顶的活动起一定的控制作用。
三、地质构造
一、地质构造的分类及对生产的影响
煤层形成初期，一般都是水平或近水平的，并在 一定范围内连续分布。但是，后来受地壳运动的影 响，使煤岩层的形态和产状发生了变化。这些由地 壳运动而造成的煤岩层空间形态的变化称为地质构 造。
一、煤层的赋存状况及分类
七、煤层的瓦斯含量 根据矿井相对瓦斯涌出量、根据矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出 形式，可将矿井分为： 低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量≤10m3/t、根据矿井绝对瓦 斯涌出量≤40m3/min； 高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量＞10m3/t、根据矿井绝对瓦 斯涌出量＞40m3/min； 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出矿井。 相对瓦斯涌出量：是指平均每产1t煤所涌出的瓦斯量。 绝对瓦斯涌出量：是指单位时间内涌出的瓦斯量。 煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出：是指在地应力和瓦斯的共同 作用下，破碎的煤、岩和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。
二、煤层顶底板
一、煤层的顶底板 ㈠顶板
基本顶（老顶）：位于直接顶或煤层之上，通常为厚度及 岩石强度较大，难于垮落的岩层。常有砂岩、砂砾岩或石 灰岩等组成。基本顶在采空区上方悬露一定的面积后才能 垮落，并且垮落后会给采煤工作面带来很大的压力，如果 工作面支护不好，就会发生大冒顶伤人事故。 根据直接顶的厚度与采高的比值K和基本顶的初次来压步 距L，将基本顶分为4级，如下表所示：