第4讲 煤层瓦斯流动及涌出规律
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
基本概念
矿井瓦斯涌出量 单位时间内从煤层以及采落的煤（岩）体涌入矿井中的气
体总量，矿井进行瓦斯抽放时包括抽放瓦斯量。
属于绝对瓦斯涌出量？相对瓦斯涌出量？ 矿井瓦斯涌出量预测 计算出矿井在一定生产时期、生产方式和配产条件下的瓦 斯涌出量，并绘制反映瓦斯涌出规律的涌出量等值线图。
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
煤层瓦斯涌出形式
瓦斯涌出的形式是指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。
普通涌出
长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。 特点：时间上：连续不断 空间上：普遍存在 涌出强度：缓慢、均匀。
特殊涌出
矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出 瓦斯的现象。 特点：时间上：突然地、不均匀的间断涌出 空间上：非普遍存在 涌出强度：产生动力破坏。 特殊涌出分为瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。
一、煤层瓦斯流场分类
煤层瓦斯流动形态
单向流动示意图 1- 流线；2-等压线；3-巷道
一、煤层瓦斯流场分类
煤层瓦斯流动形态
径向流动示意图 1- 流线；2-等压线；3-钻孔
一、煤层瓦斯流场分类
煤层瓦斯流动形态
球向流动示意图 1- 揭开煤层的掘进工作面；2-等压线；3-流线
一、煤层瓦斯流场分类
扩散分类
诺森数 Kn Kn≥10 菲克型扩散 分类 Kn≤0.1 诺森型扩散 0.1＜Kn＜10 过渡性扩散
二、瓦斯流动理论
对于含瓦斯煤体来说，一般Kn ≥10，由于孔隙直径远大于瓦斯气 体分子的平均自由程，因此扩散是由于瓦斯气体分子之间的无规 则运动引起的，可以用菲克扩散定律去描述。
菲克定律: J—瓦斯气体通过单位面积的扩散速度， kg/(s · m2)
瓦斯浓度，还是绝对瓦斯涌出量都影响不大。 但是对于某一具体矿山来说，以上各因素总有一种或几种因素是主
达西定律: v—流速，m/s μ —瓦斯动力粘度系数，Pa ·s
K —煤层的渗透率，m2
dx —与流体流动方向一致的极小长度，m dp —在dx长度内的压差，Pa
二、瓦斯流动理论
瓦斯扩散理论
煤是一种典型的多孔介质，根据气体在多孔介质中的扩散机理的 研究，可以用表示孔隙直径和分子运动平均自由程相对大小的诺 森数Kn： d—孔隙平均直径，m λ —气体分子的平均自由程，m
a.矿井达产之前 涌出量数值又会因产量低而偏大。
b.矿井达产后 c.开采工作逐渐收缩
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
开采技术因素
(2)开采顺序与回采方法 ①首先开采的煤层瓦斯涌出量大。 ②采空区丢失煤炭多，回采率低的采煤方法，瓦斯涌出量大。 ③顶板管理采用陷落法比充填法能造成顶板更大范围的破坏和卸压， 邻近层瓦斯涌出量就比较大。 ④回采工作面周期来压时，瓦斯涌出量也会大大增加。 (3)生产工艺 瓦斯从煤层暴露面(煤壁和钻孔)和采落的煤炭内涌出的特点是，初 期瓦斯涌出的强度大，然后大致按指数函数的关系逐渐衰减; 落煤时瓦斯涌出量大于其它工序。 综合机械化工作面推进度快，产量高，在瓦斯含量大的煤层内工作 时，瓦斯涌出量很大。
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
开采技术因素
(4)风量变化 矿井风量变化时，瓦斯涌出量和风流中的瓦斯浓度会发生扰动，但很 快就会转变为另一稳定状态。 单一煤层回采时，瓦斯主要来自煤壁和采落的煤炭，采空区积存的瓦 斯量不大时，回风流中的瓦斯浓度随风量减少而增加或随风量增加而减少， 绝对瓦斯涌出量变化不大。 煤层群开采，采空区积存大量瓦斯，风量增加时，因负压和采空区漏 风的加大，绝对瓦斯涌出量迅速增加，回风流中的瓦斯浓度可能急剧上升。 然后，经过一段时间，绝对瓦斯涌出量恢复到或接近原有值，回风流中的 瓦斯浓度才能降低到原值以下。风量减少时，情况相反。 所以采区风量调节时，特别是增加风量时，应注意风流中瓦斯的浓度。 为了降低风量调节时回风流中瓦斯浓度的峰值，可以采取分次增加风量的 方法。
δ C/δX—沿扩散方向的浓度梯度
Df —菲克扩散系数，m2/s C —瓦斯气体的浓度， kg/ m2 瓦斯气体分子在煤层内有效扩散系数：扩散路径因孔隙通道的曲 折而增长，孔截面收缩使扩散流动阻力增大，实际扩散通量减少。
J—瓦斯气体在煤层内的有效扩散系数，m2/s
θ —有效表面孔隙率 τ —曲折因子，为修正扩散路径变化而引入的。
安全工程专业核心课程
第四讲
煤层瓦斯流动及涌出规律
程远平 教授 李 伟 博士
中 安 国 全 矿 工 业 程 大 学 学 院
2013年3月
《矿井瓦斯防治》课程第四讲
课程目标 一、掌握煤层瓦斯流动理论 二、掌握煤层瓦斯涌出量预测方法 三、掌握煤矿瓦斯等级鉴定方法
《矿井瓦斯防治》课程第四讲
章节提纲
一、煤层瓦斯流场分类 二、瓦斯流动理论 三、煤矿瓦斯涌出量预测方法 四、煤矿瓦斯等级鉴定
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
开采技术因素
(5)采区通风系统 采区通风系统对采空区内和回风流中瓦斯浓度分布有重要影响。 U型通风系统的回采工作面，其上隅角容易聚集瓦斯。 采用U型加尾巷的通风系统，瓦斯聚积点移至采空区内的尾巷入风口，提高 工作面的安全性。
上隅角
1-回风巷 2-尾巷 3-顶板冒落区
开始为径向流动，抽采一段 时间后，转化为单向流动
流场类型 单向流动
备注
开始为径向流动，排放一段 时间后，转化为单向流动
钻孔
一、煤层瓦斯流场分类
按流场的稳定性分类
分类 定义 特点
稳定流场
具有固定的瓦斯源； 在稳定流场中，任何一点的 出口和入口的瓦斯压力不随时 瓦斯流速、流向和压力均不 间而变化； 随时间而变化，故而称其中 煤层仅仅是瓦斯流过的通道， 的瓦斯流动为稳定性流动 所以流场各个点的瓦斯压力也不 变。 没有固定的瓦斯源，煤层既是 在非稳定性流场中，流场中 瓦斯的来源又是瓦斯流过的通道； 任何一点的瓦斯流速、流向 随着瓦斯的不断流出，煤层内 和压力都随时间而发生变化，瓦斯压力不断降低，流动场不断 其内的瓦斯流动为非稳定性 扩大； 流动 各点的瓦斯压力和压力梯度也 在改变。
二、瓦斯流动理论
地物场效应的煤层瓦斯流动理论
随着煤层瓦斯流动机理研究的深化，许多学者 用流体—岩石相互作用机制认识煤层内瓦斯运移 过程，充分发展和考虑地应力场、地温场以及地 电场等地球物理场作用下的煤层瓦斯运移耦合模 型及数值方法，使理论模型更能反映客观事实， 以及进一步完善理论模型及测试技术和手段，成 为当今推动煤层瓦斯渗流力学向前发展的主流方 向。
非稳定流场
一、煤层瓦斯流场分类
按流场的稳定性分类
1－成面后几小时
2－成面后4d 3－成面后10d 4－成面后15d 5－面后55d 6－成面后150d （稳定）
《矿井瓦斯防治》课程第四讲
第二部分 瓦斯流动理论
二、瓦斯流动理论
非线性瓦斯流动理论
线性瓦斯渗流理论认为，煤层内瓦斯运移基本符合线性渗透定律—达 西定律（Darcy’s law）
(6)采空区的密闭质量 采空区内往往积存着大量高浓度的瓦斯，如果封闭的密闭墙质量不 好，或进、回风侧的通风压差较大，就会造成采空区大量漏风，使矿井的 瓦斯涌出增大。 综合以上所述，影响瓦斯涌出量的因素是多方面的，因各矿的条件 不同，涉及各种因素的影响程度也不同，并非以上所说的各因素对每一矿
井来说都是符合的。例如平顶山一矿由压入式改为抽出式通风时，无论是
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
基本概念
瓦斯涌出量的表达方法 绝对瓦斯涌出量，在单位时间内涌出的瓦斯量， 单位 m3/min或 m3/d； 相对瓦斯涌出量，平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量， 单位 (m3/d)/t/d), 即 m3/t。
相对瓦斯涌出量
绝对瓦斯涌出量
Q q A
q—相对量，m3/t；Ｑ —绝对量，m3/d; A—日产量，t/d。
二、瓦斯流动理论
瓦斯渗透-扩散理论
瓦斯渗透与扩散理论认为，煤层内瓦斯运动是包 含了渗透和扩散的混合流动过程。煤层中存在相互沟
通的裂隙网络，沿着这些裂隙网络，游离瓦斯流向低
压工作面，而煤体的渗透率与该裂隙网络密切相关。 与此同时，块煤内部的瓦斯解吸，向裂隙扩散，因此 煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯 的流动状况。
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
开采技术因素
绝对瓦斯涌出量基本随产量变化并在一个稳定 (1)开采规模
开采规模指开采深度、开拓与开采范围和矿井产量。 数值上下波动。相对瓦斯涌出量，若瓦斯涌出
甲烷带内，随着开采深度的增加，相对瓦斯涌出量增大。 ①在瓦斯风化带内开采的矿井，相对瓦斯涌出量与深度无关。在 绝对瓦斯涌出量随着开拓范围的扩大而 主要来源于采落煤炭，影响不大；若瓦斯主要
增加，绝对瓦斯涌出量大致正比于产量。 来源于采空区和围岩，产量变化时，相对瓦斯 ②开拓与开采的范围越广，煤岩的暴露面就越大，因此，矿井瓦 绝对瓦斯涌出量又随产量的减少而减少， 涌出量有明显变化。 斯涌出量也就越大。 并最终稳定在某一数值，这时相对瓦斯
③矿井产量与矿井瓦斯涌出量间的关系比较复杂，一般情况下：
U型通风系统
带尾巷的U型通风系统
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
开采技术因素
Y形与W型通风系统由于采空区内有漏风通道，采空区与邻近层涌 出的瓦斯很少会涌入工作面，加之进风多了一条风路，工作面的瓦斯 浓度较低，适用于高瓦斯高产要求。
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
开采技术因素
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素
自然因素
(2)地面大气压变化
地面大气压变化引起井下大气压的相应变化，对于从煤层暴露 面涌出的瓦斯量影响甚微，但对采空区或冒落处瓦斯涌出的影响比
瓦斯防治之瓦斯突出的原因和规律
• （1）垂直保护距离 保护层与被保护层间的有效垂距:上：
急<60m,缓：<50m 缓：<100m
下：急<80m,
• （2）沿倾斜的保护范围 确定沿倾向的保护范围就是沿
倾向划定被保护层的上、下边界(以冒落角)。
• （3）沿走向的保护范围。 超前距一般不得小于两个 煤
层之间垂直距离的两倍， 至少不小于30m。
和反向风门)
• 3、防治煤与瓦斯突出技术措施的效果检验 • 1）远距离和极薄煤层的保护效果检验 • 2）预抽煤层瓦斯防治突出措施效果检验
课题五瓦斯喷出的原因和规律
• 3)石门揭煤工作面防治突出措施效果检验 • 4）煤巷掘进工作面防治突出措施效果检验 • 5）采煤工作面防治突出措施效果检验 • 4、安全设施和防护措施： • 安全防护措施主要有 • 1、震动放炮 • 2、反向风门 • 3、远距离放炮 • 4、井下避难所或压风自救系统 • 5、其他防护措施，如定期检查机电设备的防爆性能；佩
• (4) 煤柱的影响
课题五瓦斯喷出的原因和规律
• 二) 局部防突措施 • 1、松动爆破 • 作用机理：松动爆破是向掘进工作面前方应力集中区，
打几个钻孔装药爆破，使煤体松动，集中应力区向煤体深 部移动，同时加快瓦斯的排出，从而在工作面前方造成较 长的卸压带，以预防突出的发生。松动爆破分为深孔和浅 孔两种．深孔松动爆破一般用于煤巷或半煤岩巷掘进工作 面。
• 2、钻孔排放瓦斯—3.5~4.5孔/m2 • 作用机理：石门揭煤前，由岩巷或煤巷向突出危险煤层打
钻，将煤层中的瓦斯经过钻孔自然排放出来，待瓦斯压力 降到安全压力以下时，再进行采掘工作．钻孔数和钻孔布 置应根据断面和钻孔排放半径的大小来确定每m2断面不 得少于3.5～4.5孔。 此法适用于煤层厚、倾角大、透气 系数大和瓦斯压力高的石门揭煤时。也大量用于突出危险
煤与瓦斯突出及其规律
突出需具有一定的瓦 斯含量和瓦斯压力
突出煤层的强度低， 而且变化大。
突出危险区呈带状分 布。一是地质构造呈 带状；二是采动形成 集中应力带。
煤与瓦斯突出规律
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上山掘进比下山 掘容易突出，突 出次数随着煤层 倾角增大而增多。
采掘工作往往可 以激发突出。
突出危险性随着 有硬而厚的围岩 存在而增高。
重庆工程职业技术学院
主讲人：喻晓峰
地应力的主要作用
1)激发突出
3）影响煤体内部裂隙 系统的闭合程度和生成 新的裂隙
02
作用
2）发展阶段与瓦斯 压力共同作用，对煤 体进行剥离、破碎
瓦斯压力的作用
a）当瓦斯压力梯度 很大时，能独立激发 突出
c）膨胀瓦斯破碎，搬 运煤岩，孔壁附近保持 较高的地应力梯度和瓦 斯压力梯度为连续剥离 煤体创造必要条件。
突出发生机理以及一般的规律
第一种是“瓦斯作用 说”，认为煤内存在高压瓦 斯是突出中起主要作用的因 素。 “瓦斯包”和“多聚甲 烷”即这类假说；
第二种“地应力作用说”，认为突 出主要是由“自重应力+构造应力”和 “采掘工作面前方的集中应力而形成的” 高地应力作用结果。
现在大家主要认同的是“综 合作用说”，这种是认为“地应 力、瓦斯、煤的力学性质”三种 因素综合作用结果。地应力和瓦 斯是主动作用，煤的力学性质是 被动作用。当主动作用的综合结 果超过煤的抵抗能力时，即会发 生突出。
煤与瓦斯突出及其规律
重庆工程职业技术学院
主讲人：喻晓峰
第四章 矿井瓦斯的认识 任务一 煤与瓦斯突出
知识点一 煤与瓦斯突 出及其规律
煤与瓦斯突出
煤与瓦斯突出是矿井瓦斯涌出的一种形式，也就是煤矿在采 掘过程中，在地应力和瓦斯（含二氧化碳）的共同作用下，破碎 的煤（岩）和瓦斯由煤（岩）体内突然向采掘空间抛出的异常动 力现象，
三软煤层工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术
三软煤层工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术煤矿瓦斯是一种常见的有害气体，对煤矿生产安全和环境造成威胁。
特别是在三软煤层中，由于其煤体力学性质较差，瓦斯涌出量较大，给煤矿生产带来了严重的安全隐患。
因此，研究三软煤层工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术具有重要意义。
一、三软煤层工作面瓦斯涌出规律三软煤层工作面瓦斯涌出规律是指煤层瓦斯在开采过程中的产生、分布和运移特点。
三软煤层瓦斯涌出规律主要受到以下几个因素的影响：1.煤层性质：三软煤层的煤质较差，孔隙度高，煤层结构疏松，瓦斯含量较高，因此瓦斯涌出量较大。
2.煤层厚度：三软煤层的厚度一般较薄，导致煤层中瓦斯的运移路径较短，瓦斯涌出速度较快。
3.开采方式：不同的开采方式对瓦斯涌出规律有不同影响。
常见的开采方式包括综放开采、长壁工作面开采和短壁工作面开采等。
其中，综放开采是由于煤层开采后形成的巷道和采空区导致瓦斯涌出量较大。
4.工作面进度：工作面的推进速度对瓦斯涌出规律也有影响。
较快的推进速度会导致煤层的破裂和瓦斯的释放，使瓦斯涌出量增加。
二、三软煤层工作面瓦斯综合治理技术为了有效治理三软煤层工作面的瓦斯，需要采取一系列综合治理技术。
以下是一些常见的瓦斯综合治理技术：1.瓦斯抽放技术：通过在工作面和采空区设置抽放孔，利用抽风机将瓦斯抽出，减少瓦斯积聚和浓度，降低瓦斯爆炸的风险。
2.煤层注水技术：通过向煤层注水，增加煤层的饱和度，降低煤层透气性，减少瓦斯涌出量。
3.巷道支护技术：采用合理的巷道支护方式，增加巷道的稳定性，减少瓦斯涌出和流动。
4.瓦斯抑制剂技术：在工作面和巷道中喷洒瓦斯抑制剂，减少瓦斯涌出和扩散。
5.瓦斯抑制封闭技术：在工作面采用封闭开采方式，减少瓦斯涌出和扩散。
6.瓦斯抑制防喷技术：通过在工作面设置瓦斯抑制装置，阻止瓦斯的喷出。
综合运用上述技术，可以有效控制三软煤层工作面的瓦斯涌出，保障煤矿的生产安全。
总结起来，三软煤层工作面瓦斯涌出规律的研究以及综合治理技术的应用对煤矿生产安全具有重要意义。
第4章 矿井瓦斯涌出(参考)
巷道壁、迎头煤壁、采落煤炭。
瓦斯涌出强度随时间的涌出而降低。
b e 0
4、煤层透气性系数的测定(自学) （1）中矿法----钻孔流量法 （2）马可尼法----压力恢复法。
§4.2 煤层瓦斯涌出量及主要影响因素
一、瓦斯涌出的概念 1、瓦斯涌出量的含义 ---- 指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。 它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。 2、瓦斯涌出量表示方法 A）绝对瓦斯涌出量 —-- 单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min： Qg=Q×C/100 式中 Qg－ 绝对瓦斯涌出量， m3/min； Q－ 风量， m3/min； C－ 风流中的平均瓦斯浓度，％。
（2）相对涌出量的单位： m3/t，过去采用： m3/(t.d)是不正确的。
3、瓦斯涌出强度----比瓦斯涌出量 ---- 单位时间（min or d），单位暴露面积（cm2 or m2）涌出的 瓦斯体积。
单位：m3/(d.m2)，m3/(min.m2)，cm3/(min.cm2)。
4、瓦斯涌出形式 ---- 指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。
P 2 ( P ) P t 3/4 4 P ( P )
三、煤层透气性系数 是煤层瓦斯流动难易程度的标志。 1、渗透系数（k） K P V Darecy定律， l
k----渗透率，表示孔隙—裂隙介质特征的参数。 注：只与孔隙介质的孔隙多少、大小、形态、连通状况等有 关，与流体的性质和压力无关。 2、透气系数（λ） 利用等温气体状态方程（pv=p0v0）对Darecy表达式进行 变换得： 2 K d P k dp dP V dl 2 p dl 0 dl
三软煤层工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术
三软煤层工作面瓦斯涌出规律及综合治理技术三软煤层工作面是煤矿开采中常见的一种工作面形式，其煤层岩性较软、瓦斯含量较高，给煤矿生产安全带来了很大的挑战。
为了保障煤矿生产的安全和高效，需要对三软煤层工作面的瓦斯涌出规律进行深入研究，并采取相应的综合治理技术。
我们需了解三软煤层工作面的瓦斯涌出规律。
瓦斯涌出规律与煤层厚度、煤层含量、孔隙度、煤层渗透率、煤层压力、煤与瓦斯的吸附解吸特性等因素密切相关。
一般来说，煤层厚度越大、煤层含量越高、孔隙度越大、煤层渗透率越高，瓦斯涌出量就越大。
此外，煤层压力的增大也会导致瓦斯涌出量的增加。
因此，在三软煤层工作面开采过程中，需要根据煤层地质条件和瓦斯涌出规律，制定合理的瓦斯抽采方案，及时有效地控制工作面的瓦斯涌出。
针对三软煤层工作面的瓦斯涌出问题，可以采取综合治理技术进行控制。
具体的治理技术包括瓦斯抽采、瓦斯抑制、瓦斯抑爆和瓦斯利用等方面。
瓦斯抽采是指通过安装抽采设备，将工作面的瓦斯抽取到地面进行处理。
通常采用的瓦斯抽采设备有瓦斯抽采机、瓦斯抽采泵等。
通过合理设置抽采孔网和采用适当的抽采参数，可以有效地控制工作面的瓦斯涌出，保证煤矿生产的安全。
瓦斯抑制是指通过注入一定的抑制剂，减缓瓦斯的生成和释放速度，降低瓦斯涌出量。
常用的瓦斯抑制剂有水泥浆、膨润土等。
瓦斯抑制技术的主要目的是减少煤层中瓦斯的释放，降低瓦斯涌出量，从而减少瓦斯爆炸的风险。
瓦斯抑爆是指通过控制瓦斯与空气的混合比例，防止瓦斯爆炸的发生。
常用的瓦斯抑爆技术有风幕瓦斯抑爆技术、水封瓦斯抑爆技术等。
这些技术可以有效地将瓦斯与空气隔离开来，减少瓦斯爆炸的机会，提高煤矿生产的安全性。
瓦斯利用是指将抽采到的瓦斯进行处理和利用，如瓦斯发电、瓦斯制气等。
通过瓦斯利用技术，既可以减少煤矿的瓦斯排放，降低环境污染，又可以实现瓦斯的资源化利用，提高煤矿的经济效益。
综合治理技术的应用可以有效地控制三软煤层工作面的瓦斯涌出，保障煤矿生产的安全和高效。
厚煤层分层开采中的瓦斯涌出规律
厚煤层分层开采中的瓦斯涌出规律瓦斯涌出规律:1、瓦斯涌出的主要表现形式：（1）开采中瓦斯涌出地面；（2）瓦斯注入停采工作面的管道系统；（3）厚煤层瓦斯室的涌出；（4）采空区顶板失稳涌出；（5）采空区煤柱贯入涌出；（6）采空区脆性帮助层失稳形成瓦斯沟，涌出煤层凹陷。
2、开采后瓦斯涌出的概率（1）随采深加深到煤层中心，涌出瓦斯的概率会增大，这是上述瓦斯涌出表现形式常见的现象；（2）采掘运动、穿层性矿变和顶板距离的变化，会影响瓦斯的涌出程度；（3）如果建立的采掘空间与煤层上、下、左右的凹陷相互靠近，极易出现瓦斯涌出；（4）巷道上的倒放或旋转，尤其是汇水、井筒等地点，容易出现瓦斯涌出。
3、薄、空、唐煤层瓦斯涌出规律（1）薄煤层涌出瓦斯概率较高，受开采运动影响较大；（2）以采掘深度较低的薄煤层为例，开采至层煤心数量达到一定数量时，常会产生压力，从而使薄煤层涌出瓦斯；（3）空煤层涌出瓦斯程度规律为：煤层变薄时瓦斯涌出概率增加；（4）唐煤层涌出瓦斯程度规律为：煤层逐渐变薄、空气逐渐减少时产生瓦斯压力，容易涌出瓦斯。
4、煤层厚度、压力等影响涌出瓦斯程度（1）随采深加深，煤层面壁倾角增大，煤层中动态压力梯度增大，地层构造更加不稳定；（2）当煤层厚度小于1.2m时，开采会使瓦斯涌出概率增大；（3）薄煤层厚度小于60cm，且顶板距离小于100cm，即可引起瓦斯涌出；（4）当薄煤层的压力情况较大时，可能引起瓦斯涌出；（5）开采深度要控制在合理限度内，不能过大。
5、瓦斯涌出预警及处理（1）采用瓦斯涌出模拟软件，对煤层瓦斯放散程度、放散方向、放散速度等进行分析，按照预警和结果显示，及时采取有效措施；（2）在实际开采中，及时观察采空区、采空区顶板开裂，进入采空区时要进行瓦斯测量；（3）如果出现重大瓦斯涌出现象，应及时进行限流控制，采取措施防止瓦斯危害；（4）当遇到唐煤层出现瓦斯涌出，应立即采取限流措施，减缓瓦斯突出，减少瓦斯放散危害。
矿井瓦斯涌出
第二章矿井瓦斯涌出 煤层与围岩属于孔隙 — 裂隙结构体。
当煤层 遭受采动影响导致煤层内存在瓦斯压力差时，煤 层中就会出现瓦斯由高压的地点流向低压的地 点。
瓦斯在煤层孔隙裂隙中的流动过程是非常复 杂的。
同时，煤层孔隙与裂隙的闭合程度对地应 力的作用也很敏感，地应力增高时，其闭合程度 增大，透气性变小，而地应力降低 ( 卸压 ) 时，裂 隙伸张，透气性系数可以增大几个数量级。
安全工程学院 李忠辉安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律1．煤层瓦斯流场分类 概念：煤层内瓦斯流动空间的范围称为流场。
在流场 内，瓦斯呈现流动，可用流向、流速与压力来描述。
1) 按流向分类 单向流动：只有一个 方向有流速，其它两 个方向流速为零。
如 薄及中厚煤层中的煤 巷周围煤壁内的瓦斯 流动。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律(2)径向流场：在x、y、z 三维空间内，在两个方 向有分速度，第三个方 向的分速度为零。
并且 其等瓦斯压力线平行煤 壁呈近似同心圆形。
例 如石门、竖井、钻孔垂 直穿透煤层时的流场。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律(3)球向流场：在x、y、z三维空间内，在三个方向都 有分速度，并且其等压力线近似为球面。
例如钻孔或 石门刚进入煤层时以及采落的煤块从其中涌出瓦斯的 流动都属于这一类 。
2钻孔/巷道 3等压线 1煤层实际井巷煤壁内 的瓦斯流场是复 杂的，是几种流 场的综合。
安全工程学院 李忠辉§2-1 煤层瓦斯流动的基本规律2)按稳定性分类 按流场在时间上有无变化，可分为稳定和非 稳定两类。
¾稳定流场：流场中任何一点的流速、流向和瓦 斯压力均不随时间变化。
¾非稳定流场：流场中的流速、流向或瓦斯压力 中至少有一参数随时间变化。
煤层暴露初期的瓦斯流场都是非稳定流场(因为 瓦斯源来自于流场煤体本身所含的瓦斯 )，其煤体 瓦斯含量或瓦斯压力随时间而变化。
第4讲煤层瓦斯流动及涌出规律
➢ 瓦斯气体分子在煤层内有效扩散系数：扩散路径因孔隙通道的曲 折而增长，孔截面收缩使扩散流动阻力增大，实际扩散通量减少。 J—瓦斯气体在煤层内的有效扩散系数，m2/s θ—有效表面孔隙率 τ —曲折因子，为修正扩散路径变化而引入的。
U型通风系统
带尾巷的U型通风系统
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素 ➢ 开采技术因素
Y形与W型通风系统由于采空区内有漏风通道，采空区与邻近层涌 出的瓦斯很少会涌入工作面，加之进风多了一条风路，工作面的瓦斯 浓度较低，适用于高瓦斯高产要求。
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
影响瓦斯涌出的因素 ➢ 开采技术因素
二、瓦斯流动理论
瓦斯渗透-扩散理论
瓦斯渗透与扩散理论认为，煤层内瓦斯运动是包 含了渗透和扩散的混合流动过程。煤层中存在相互沟 通的裂隙网络，沿着这些裂隙网络，游离瓦斯流向低 压工作面，而煤体的渗透率与该裂隙网络密切相关。 与此同时，块煤内部的瓦斯解吸，向裂隙扩散，因此 煤层中瓦斯的渗透率和介质的扩散性共同决定了瓦斯 的流动状况。
三、煤矿瓦斯涌出量预测方法
基本概念 ➢ 瓦斯涌出量的表达方法 绝对瓦斯涌出量，在单位时间内涌出的瓦斯量， 单位 m3/min或 m3/d； 相对瓦斯涌出量，平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量， 单位 (m3/d)/t/d), 即 m3/t。
相对瓦斯涌出量
绝对瓦斯涌出量
qQ A
q—相对量，m3/t；Ｑ —绝对量，m3/d; A—日产量，t/d。
a.矿井达产之前 涌出量数值又会因产量低而偏大。
煤层瓦斯的涌出规律与预测方法
一
“ 七五 ”期 间 ，提 出矿 井瓦斯 涌 出量 分源预 测方 法； “ 八五”期间，提 出构造单元分源预测法 ； “ 九五”期间 ，研究和完善 了矿井瓦斯涌出量预测 方法 。 经过近４ 年的研 究与发展 ， 目前瓦斯分源预测法 已 ０ 基本达 到实用阶段 ，而近 几年来出现的 一些新预测方 法如灰 色系统预测法 、瓦斯 地质数学预测法 、趋势面 预测法 、神经网络预测法 仍处于探索阶 段 ，没有达到 实用阶段。 （ ）经典预测方法——矿山统计法 二 ｌ 、原理 ：根据 已采矿井或邻近矿井 历年来实际瓦 巨大 威 胁 。 斯涌 出量随开采深度 的变 化规律 ，并据 此预 测新水平 三、煤层 中瓦斯的存在形式 煤层中存在游离瓦斯和 吸附瓦斯 ，在合适 的气压下 或新井中瓦斯 涌出规律 二者之间可以相互 转换 ，在煤层 内存在 动态平衡 。比 ２ 、计算步骤 ： 如当煤层被揭开后 ，其表 面的吸附瓦斯在 气压差的作 首先确定相 对瓦斯涌 出量随开 采深 度的变化梯度ａ 用下迅速释放到空 气中。同样在气压差作 用下 ，煤层 值
按煤 层瓦 斯 涌 出 形式 的流 动 性 质 、表 现 方式 的 不 同 出量 。 可将 煤 层 瓦 斯 的 涌 出形 式 分 为 四 种 ： 其次为瓦斯风化带深度Ｈ０ 的确定 ＨＯ Ｈ１ ａ （ － ） ＝ 一 ＊Ｑ１ ２ ｌ 、正 常式 瓦 斯 涌 出 ； 然后 计算 矿井 相对 瓦斯 涌 出量 （ Ｑ）与开 采深 度 ２ 、喷 出式瓦斯涌出 ； ３ 、矿井动力现象引发的瓦斯涌 出； （ Ｈ）之 间的关系 ４ 、煤 与瓦斯突 出式瓦斯涌 出。 Ｑ （ Ｈ０／ ＝ Ｈ－ ）ａ 针对不同的涌出形式 ，管理防治措施 也各不相 同。 式 中符号同前 。 其 中 ，正 常式瓦斯 涌出是 煤层瓦斯涌 出的主要形式 ， 作者单位 ：中国矿业 大学信 电学院 参考文献 ： 可 以用有关数学模 型来描述 结算 。本文也 是以正常式 【 】《 井 通 风 与 安 全 》 ． 德 明 主 编 ， 国 矿 业 大 学 出 版 １ 矿 王 中 瓦斯 涌出形式为例来讲 解煤层瓦斯的 涌出规律 与预测 社 ，０ ７ １ ． ２ ０ ．０ 方 法 【 综掘 工作面瓦斯预测技术的研究》 ． ２ 】《 陈大力主编 ， 煤矿安全出 ２ ０ ．． 五 、煤层瓦斯 的涌 出规律 （ 煤层被揭 露后 ，随煤层 版 社 ，０ １８ 【］《 ３ 矿井瓦斯涌出理论 与预 测技术》 ． 王魁军 ， 程五 一等编著 ， 煤 暴露时间延长） 炭 工 、 出版 社 ，０ ９ ７ ｌ ２０ ．．
煤层瓦斯流动理论课件
煤层中瓦斯流动可以看作是 理想气体流动，因此可以利 用理想气体状态方程描述瓦 斯流动。
当煤层高度增加时，压力会 发生变化，根据理想气体状 态方程，可以推导出瓦斯流 动方程：$\frac{dp}{dt}=μ\gamma g(h-h0)$。
煤层瓦斯抽放与利用的相关图表说明
煤层瓦斯抽放示意图
该图表展示了煤层瓦斯抽放的过程， 包括抽放孔的位置、抽放时间、抽放 流量等参数。
实施效果
提高了煤层气的利用率，减少了环境污染，提供了清洁 的能源供应，取得了良好的经济、社会和环境效益。
04
煤层瓦斯流动理论与安全
煤层瓦斯流动对煤矿安全的影响
煤层瓦斯流动是导致煤矿 事故的主要原因之一，容 易引起爆炸和中毒等事故。
煤层瓦斯流动的不稳定性 可能导致瓦斯突然涌出， 给矿工带来极大的安全隐患。
01 煤质
煤的孔隙结构、渗透性、吸附 特性等对瓦斯流动有重要影响。
02 地层压力
地层压力是控制瓦斯流动的主 要因素之一，瓦斯流动速度和 范围与地层压力密切相关。
03 温度
温度影响瓦斯的吸附和解吸过 程以及扩散速度，对瓦斯流动 有重要影响。
04 水含量
水含量影响煤的渗透性和瓦斯 的吸附特性，从而影响瓦斯流动。
研究难点
如煤层瓦斯非线性流动特性、复杂地质条件下的瓦斯运移规律等。
煤层瓦斯流动理论的发展趋势与展望
发展趋势
如数值模拟在煤层瓦斯流动理论中的应用将更加广泛，对实际矿井瓦斯流动的指导作用将更加明显。
展望
如随着计算技术的发展和实验条件的改善，未来将会有更加精细的煤层瓦斯流动理论模型出现。
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附录：煤层瓦斯流动理论的相关公式与图 表
煤层瓦斯流动理论与瓦斯治理