瓦斯概述

瓦斯概述矿井瓦斯是矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体的总称。

有时单独指甲烷(沼气)。

广义定义：井下除正常空气的大气成份以外，涌向采矿空间的各种有毒、有害气体总称。

狭义定义：煤矿生产过程中从煤、岩内涌出的，以甲烷为主要成份的混合气体总称。

目前一般认为它的来源包括四方面：第一来源是在煤层与岩层内赋存并能涌入到矿井的气体；第二来源是矿井生产过程中生成的气体，例如放炮时产生的炮烟，内燃机运行时排放的废气，充电过程中生成的氢气等等；第三来源是井下空气与煤、岩、矿物、支架和其他材料之间的化学或生物化学反应生成的气体等；第四来源是放射性物质蜕变过程生成的或地下水放出的放射性惰性气体氡（Ru）及惰性气体氦（He）。

瓦斯的物理化学性质瓦斯的化学名称叫甲烷(CH4)，是无色、无味、无毒的气体。

瓦斯混合到空气中后，既看不见，又摸不着，还闻不出来，只能依靠专门的仪器才能检测到。

甲烷分子的直径为0.3758×10-9m，可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。

其扩散速度是空气的1.34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间。

甲烷标准状态时的密度为0.716kg／m3，比空气轻，与空气相比的相对密度为0.554。

瓦斯微溶于水。

CH4的危害及其经济价值1、危害性（有四大危害）：（1）可以燃烧，引起矿井火灾；（2）会爆炸，导致矿毁人亡；（3）浓度过高时会导致人员缺氧窒息、甚至死亡；（4）发生煤（岩）与瓦斯突出，摧毁、堵塞巷道，甚至引起人员窒息死亡、瓦斯爆炸。

2、重要能源CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O1m3CH4 37022.2kJ 相当于1～1.5Kg烟煤。

是重要的化工原料。

瓦斯的成因与赋存（一）矿井瓦斯的成因煤矿并下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，关于它的成因学说有多种多样。

但是．目前国内外多数学者认为煤中的瓦斯是在成煤的煤化作用过程中形成的．即有机成因说。

有机成因说认为：煤层瓦斯是腐植型有机物(植物)在成煤过程中生成的。

成气过程可分为两个阶段。

（1）生物化学成气时期：从植物遗体到泥炭居于生物化学成气时期。

在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物（主要成分纤维素和木质素）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。

由于这一过程发生于地表附近，上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气中。

随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增加，压力和温度也随之增加，生物化学作用逐渐减弱并最终停止。

（2）煤化变质作用时期：从褐煤到烟煤，直到无烟煤属于煤化变质作用成气时期。

随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进入变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2。

这个阶段中，瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多。

但在漫长的地质年代中，在地质构造(地层的隆起、浸蚀和断裂)的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。

所以不同煤田，甚至同一煤田不同区域煤层的瓦斯含量差别可能很大。

（二）瓦斯在煤体内存在的状态煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。

煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态、吸附状态（1）游离状态：也叫自由状态，这种态的瓦斯以自由气体存在，存在于煤体或围岩的裂隙和较大孔隙(孔径大于0.01um)内。

游离瓦斯量的大小与贮存空间的容积和瓦斯压力成正比，与瓦斯温度成反比。

（2）吸附状态：吸附状态的瓦斯主要吸附在煤的微孔表面上（吸着瓦斯）和煤的微粒结构内部（吸收瓦斯），吸着态是在孔隙表面的固体分子引力作用下，瓦斯分子被紧密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附层；而吸收状态是瓦斯分子充填到几埃到十几埃的微细孔隙内，占据着煤分子结构的空位和煤分子之间的空间，如同气体溶解于液体中的状态（固溶体）。

矿井瓦斯涌出瓦斯能够长时间地、持续地从煤体中释放出来，这是瓦斯涌出的基本形式，又叫瓦斯的普通涌出。

与其对应的瓦斯特殊涌出是指在时间上突然，在空间上集中、大量的瓦斯涌出，称为特殊涌出，主要有瓦斯喷出和煤与瓦斯突出。

一、瓦斯涌出量1、含义：矿井建设或生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量；矿井瓦斯涌出量或冀、采区或工作面的瓦斯涌出量。

2、瓦斯涌出量表示方法绝对瓦斯涌出量----单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min：相对瓦斯涌出量----平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。

瓦斯涌出量与瓦斯含量的大小不相等！因为瓦斯涌出量中除开采煤层涌出的瓦斯外，还有来自临近层和围岩的瓦斯，所以相对瓦斯涌出量一般要比瓦斯含量大。

矿井瓦斯涌出量是决定矿井瓦斯等级和计算风量的依据。

由于绝对瓦斯涌出量不能反映出矿井瓦斯涌出的严重程度。

煤炭生产中通常采用相对瓦斯涌出量。

煤矿井巷和工作面的瓦斯主要有四个来源：（1）从采落下来的煤炭中放出瓦斯：（2）从采掘工作面煤壁内放出瓦斯；（3）从煤巷两帮及顶底板放出瓦斯，（4）从采空区及邻近煤层中放出瓦斯。

矿井瓦斯等级划分《规程》第一百三十三条一个矿井中只要有一个煤（岩）层发现瓦斯，该矿井即为瓦斯矿井。

瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。

矿井瓦斯等级，根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为：（一）低瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t，且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。

（二）高瓦斯矿井：矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。

矿井瓦斯涌出量预测1、瓦斯涌出量的预测：指根据某些已知相关数据，按照一定的方法和规律，预先估算出矿井或局部区域瓦斯涌出量的工作。

瓦斯涌出量的预测的方法：从目前的研究现状来看：瓦斯涌出量预测方法主要可分为两类：其一是建立在数理统计规律基础上的统计预测法，该方法是依据矿井瓦斯涌出量与开采深度等参数之间的统计规律，外推到预测区域的瓦斯涌出量；主要用于生产矿井；其二是以煤层瓦斯含量为基本参数的分源计算，通过计算井下各瓦斯涌出源的涌出量，得到矿井或某一预测区域的相对瓦斯涌出量，主要用于新建矿井，以煤层瓦斯含量为基础进行计算。

统计预测法是国内外有关矿井长期以来普遍采用的矿井瓦斯涌出量预测方法。

该方法的基本原理是：根据矿井已采区域历年测定的相对瓦斯涌出量及相应的开采深度，采用数理统计方法建立二者之间的线性或非线性回归方程，用于对深部(或条件相同矿井)未采区域的瓦斯涌出量作出预测。

目前在瓦斯矿井中，最常用、最简单的预测方法还是线性回归法。

2．简易统计法预测步骤及计算方法使用这种预测方法时，一般分为两步：即首先需将矿井历年生产过程中积累的实际测定的相对瓦斯涌出量，计算出相对瓦斯涌出量梯度；其次，根据计算出的瓦斯涌出量梯度，外推至预测深部区域，计算出深部待采煤层的相对瓦斯。

3．注意事项使用这种方法预测时，应注意如下几个方面：（1）该法只适用于甲烷带，外推(预测)的深度不宜超过200 m，煤层倾角越小。

外推的深度也应越小，否则可能会有较大的误差。

（2）预测工作的精度决定于原始统计资料的精度和预测区同已采区的采矿及地质条件的相似程度。

因此．要求已采水平和设计水平的开采条件(包括煤层开采顺序、采煤方法、顶板管理方法等)以及地质构造条件(包括煤层的地层顺序、构造等)应该相似。

瓦斯喷出瓦斯喷出：大量承压状态的瓦斯从煤、岩裂缝中快速喷出的现象。

它是瓦斯特殊涌出中的一种形式。

其特点是瓦斯在短时间内从煤、岩层的某一特定地点突然涌向采矿空间，而且涌出量可能很大，风流中的瓦斯突然增加。

由于喷出瓦斯在时间上的突然性和空间上的集中性，可能导致喷出地点人员的窒息、高浓度瓦斯在流动过程中遇高温热源有可能发生爆炸、有时强大的喷出还可以产生动力效应并导致破坏作用。

一、瓦斯喷出的原因及分类1．原因产生瓦斯喷出的原因是，天然的或因采掘工作形成的孔洞、裂隙内，积存着大量高压游离瓦斯，当采掘工作接近或沟通这样的地区时，高压瓦斯就能沿裂隙突然喷出。

2．特点喷出时的瓦斯涌出量和持续时间，决定于积存的瓦斯量和瓦斯压力，从几m3到几十万m3，几分钟到几年，甚至几十年。

瓦斯喷出时并不带出煤，所以煤体中没有喷出空洞。

一般地，瓦斯喷出前都有明显的预兆，如煤层变软、变湿顶板来压、支架断裂和底鼓、工作面风流中的瓦斯浓度增加或忽大忽小，有嘶嘶的瓦斯涌出声等。

3．分类瓦斯喷出按成因分为两大类：（1）地质来源的：瓦斯喷出一般发生在能贮存瓦斯的地质构造破坏带，如断层、破裂、褶曲和石灰溶洞附近。

（2）采掘卸压形成的：发生于煤层顶（底）板、围岩分层断裂的回采工作面。

二、瓦斯喷出的预防根据一些矿井的经验，总结为“探、排、引、堵”。

探——探明地质构造。

在瓦斯喷出可能性大的地区掘进时，可在掘进巷道的前方和两侧打钻孔，探明是否存在断层、裂隙和溶洞，以便了解它们的位置、大小和瓦斯赋存情况。

排——排放或抽放瓦斯。

如探明断层、裂隙、溶洞不大或瓦斯量不多时，则可让它自然排放；如溶洞体积大、范围广、瓦斯量大、喷出强度大、持续时间长，则可插管进行抽放。

如在掘进工作面上喷出瓦斯的裂隙多，而已分布较广，可暂时停止掘进，封闭巷道接管抽放。

二、瓦斯喷出的预防引——引导瓦斯到回风道。

喷出瓦斯的裂隙范围较小且瓦斯喷出量不大时，可用风筒将瓦斯引到回风道或引到距离工作面20米以外的巷道中，以保证工作面能安全放炮。

堵—－堵塞裂隙。

当喷出瓦斯的裂隙范围较广，但喷出量很小时，可用黄泥或水泥堵住裂隙，阻止瓦斯喷出，以保证掘进工作面的安全。

对于有瓦斯喷出的工作面要有独立的通风系统并加大供风量。

职工配备隔离式自救器，并熟悉避灾路线。

煤与瓦斯突出及其预防一、概述1．定义：煤矿地下采掘过程中，在极短的时间内(几秒到几分钟)，从煤、岩层内以极快的速度向采掘空间内喷出煤（岩）和瓦斯(CH4、CO2)的现象，称为煤与瓦斯突出。

《规程》中所指的煤与瓦斯突出是突出、压出和倾出的总称。

2．危害：（1）它所产生的高速瓦斯流(含煤粉或岩粉)能够摧毁巷道设施，破坏通风系统，甚至造成风流逆转；（2）喷出的瓦斯由几百到几万m3，能使井巷充满瓦斯，造成人员窒息，引起瓦斯燃烧或爆炸；（3）喷出的煤、岩由几千吨到万吨以上，能够造成煤淹埋人；（4）猛烈的动力效应可能导致冒顶和火灾事故的发生。

突出的瓦斯主要为甲烷，但在法国、波兰和我国个别矿井（如营城煤矿）都发生过煤与CO2突出。

突出的固体物主要是煤或煤与岩石，钾盐矿井则为盐或盐与岩石。

煤矿内单纯的岩石（主要为砂岩）与瓦斯突出发生于井田深部开采时，近年有逐渐增多的趋势。

3.突出的外部特征（1）突出的煤、岩在高压气流搬运过程中，呈现分选性堆积，即从上到下、由近至远煤粒度逐渐减小，堆积坡度小于煤的自然安息角(一般为40°)；（2）突出过程中煤岩进一步被粉碎，产生极细的粉尘（手捻无粒感的“狂粉”），有时突出的堆积物好似风力充填一样密实；（3）突出孔洞口小肚大，呈梨型、倒瓶型，其轴线往往沿煤层倾斜向上延伸，或与倾向线成不大的夹角；（4）突出的相对瓦斯涌出量可以大于煤层的瓦斯含量。