第六章瓦斯地质规律和瓦斯预测

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1、1,（1）简述板块构造对中国煤与瓦斯突出区域分布的控制 （2）谈一谈对瓦斯赋存的构造逐级控制的理解 （3）什么叫做构造煤？及其分类？ （4）简述碎裂煤、碎粒煤、糜棱煤的宏观结构特征 （5）什么叫做顺煤层断层？瓦斯含量定义？简述影响瓦斯含量大小的主控因素 （6）瓦斯涌出量定义？ （7）影响煤与瓦斯突出的主控因素？ （8）简述瓦斯等级的划分，划分为突出矿井的条件是什么？ 划分为高瓦斯矿井的条件是什么？（别抄书， 参照煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法回答） (9)什么叫瓦斯喷出，怎样判定？ （10）按不同生成类型，瓦斯喷出源分为哪两种？并简要描述？ （11）什么叫煤与瓦斯突出？ （12）简述分源预测法中K1

2、， K2， K3意义 （13）按动力现象的成因和特征煤与瓦斯突出的分类 （14）简述煤与瓦斯突出、压出、倾出的基本特征 （15）简述煤与瓦斯突出的一般规律 （16）煤与瓦斯突出的综合假说？简述煤与瓦斯突出的地质机理？ （17）简述瓦斯参数结合瓦斯地质分析的方法 （18）复合指标法、解吸指标法所包含的指标及指标的意义 （19）什么是三级瓦斯地质图？,2,主讲：史广山 讲师 安全学院瓦斯地质研究所 Tel:13703914065; E-mail:shigs,瓦 斯 地 质 学,3,第一节 瓦斯地质规律研究 第二节 瓦斯含量测定和含量预测 第三节 矿井瓦斯涌出量预测 第四节 煤与瓦斯突出危险性预测,

3、第六章 瓦斯地质规律和瓦斯预测,4,一、瓦斯地质规律研究是瓦斯预测的基础 1.概念 瓦斯地质规律是指瓦斯与地质因素之间内在的本质的联系。 2.地位 瓦斯地质规律研究是瓦斯地质学的核心内容，是瓦斯预测、治理的基础。 3.外延 瓦斯赋存状态、瓦斯含量多少、瓦斯压力大小、煤与瓦斯突出动力现象等都受着自身瓦斯地质规律的制约；瓦斯涌出规律、瓦斯抽采难易及其方法等都受着瓦斯地质规律的控制。,第一节 瓦斯地质规律研究,5,（1）不同级别的地质单元都存在着自身的瓦斯地质规律。 （2）揭示瓦斯地质规律首先从主控地质因素入手。 5.重要研究理论 （1）构造煤形成和分布 （2）瓦斯赋存构造逐级控制机理,4.主要研究

4、观点,6,二、瓦斯地质规律与瓦斯含量预测 1.概念 瓦斯含量是指成煤过程中煤层经受地质历史演化作用储存在煤层中单位体积或单位质量的煤所含的瓦斯体积量（m3/m3或m3/t）。 2.主要观点 （1）瓦斯生成成煤条件 （2）瓦斯赋存保存条件 3.主要例证 （1）低瓦斯拉张活动、风化剥蚀作用相对强烈 （2）高瓦斯挤压作用、连续拗陷沉积,7,4.影响瓦斯含量大小的主控因素 （1）地质演化历史 （2）区域构造背景 低瓦斯拉张活动、风化剥蚀（华北东部） 高瓦斯挤压构造背景时间长、次数多（华南） （3）煤化程度 中高变质低变质 Ro,max6 低瓦斯 （4）沉积环境 中国石炭二叠系的煤层，以浅海碳酸盐环境形

5、成的煤层，受地下水的径流作用，使得瓦斯含量降低。,8,三、瓦斯地质规律与瓦斯涌出量预测 1.概念 瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤 层 和岩层以及采落的煤(岩)体涌入采掘空间和抽入管道中的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。 2.主要影响因素 （1）瓦斯地质条件 本煤层、邻近煤层及围岩中的瓦斯含量 （2）开采技术条件 开采顺序 开采方法,9,四、煤与瓦斯突出及其主要影响因素 1.意义及观点 煤与瓦斯突出动力灾害是威胁煤矿安全生产和矿工生命安全最大的灾害，也是世界产煤国家目前面临的国际性技术难题。 煤与瓦斯突出机理研究还处在假说阶段，目前，大多数人认可综合作用假说，

6、认为，煤与瓦斯突出是地应力、煤体中的瓦斯、煤的物理力学性质三者共同作用的结果。,10,四、煤与瓦斯突出及其主控因素 2.主控因素 （1）基础：高瓦斯含量,瓦斯突出集中分布在煤层瓦斯含量相对富集的地带，全国30对特大型瓦斯突出矿井中煤层瓦斯含量一般都在20m3/t左右，从而不少矿区把煤层瓦斯含量作为评价瓦斯突出的标准。 煤层瓦斯含量不仅决定着发生瓦斯突出的难易程度，而且还影响瓦斯突出的强度，如江西乐平矿区的涌山煤矿煤层瓦斯含量为17.01m3/t，最大突出强度为2200t；而该矿区的仙槎矿煤层瓦斯含量相对较小，瓦斯突出的最大强度100t左右。,11,四、煤与瓦斯突出及其主控因素,（2）必要条件：

7、一定厚度的构造煤 国内外大量观测表明，在瓦斯突出地点的煤层中都存在有煤质松软、层理紊乱、原生结构遭到严重破坏、呈层状或透镜状分布的软分 层，所有的瓦斯突出都发生在构造破坏煤发育的地带。,12,（3）有利地带：压性、压扭性构造带 瓦斯突出主要与压性、压扭性断裂有关，有时断距只有几米甚至几分米的小型逆断层或平移断层就会导致强烈的瓦斯突出。这在我国华南地区的一些突出矿井中是很常见的。,如天府矿区的刘家沟矿和磨心坡矿的瓦斯突出主要发生在小型逆断层附近，如图所示。广东的梅田矿区有70余次瓦斯突出与小型的压性和扭性断层有关。,13,（4）主要位置：构造应力相对集中地带 瓦斯地质研究表明，瓦斯突出分布是不均

8、衡的，在平面和空间上具有分区分带的特征，地质条件对瓦斯突出的分区分带具有明显的控制作用。特别是压性、压扭性构造与瓦斯突出息息相连。究其原因，一方面是这些构造有利于造成构造煤形成和发育；另一方面是在这些构造发育的地带构造应力比较集中，使煤层处于强挤压状态，从而有利于在煤层中赋存高压瓦斯。,14,第一节 瓦斯地质规律研究 第二节 瓦斯含量测定和含量预测 第三节 矿井瓦斯涌出量预测 第四节 煤与瓦斯突出危险性预测,第六章 瓦斯地质规律和瓦斯预测,15,含量的 三种定义,残存瓦斯含量,煤层瓦斯含量,单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，单位m3/t 或m3/m3,原始瓦斯含量,煤层未受采动影响时的瓦 斯

9、含量,煤层受到采动影响，已经排 放出部分瓦斯，则剩余在煤 层中的瓦斯含量,第二节 瓦斯含量测定和含量预测,16,直接方法,间接方法,地勘方法,井下方法,按方法特点分,按应用范围分,分类,二、煤层瓦斯含量的测定,17,18,19,（二）煤层瓦斯含量直接测定方法 1.地勘期间煤层 瓦斯含量测定方法 解吸法,图61 密封罐 1-罐盖；2-罐体；3-压紧螺丝；4-垫圈；5-胶垫；6-“”型密封圈,20,1.地勘期间煤层,21,测定步骤,采样,瓦斯解吸规律测定,损失瓦斯量计算,试验室煤样脱气 及气体成分分析,煤层瓦斯含量计算,1.地勘期间煤层瓦斯含量测定,损失瓦斯量计算 试验和理论分析结果表明，煤样在刚

10、开始暴露的一段时间内，累计解吸的瓦斯量与煤样解吸时间的平方根成正比即：,式中：Vz煤样自暴露时起到解吸测定进行时间为t时的瓦斯总解吸体积，mL； t0煤样在解吸测定前的暴露时间，min；t0=t1+t2; t1提钻时间（煤样在钻孔的暴露时间），min； t2解吸测定前煤样在地面的暴露时间，min； t煤样解吸测定的时间，min； k比例常数，,显然，解吸测定测出的瓦斯解吸量V仅为煤样总解吸量Vz的一部分，仅是t0到t那部分解吸量，解吸测定前煤样在暴露时间t0时已损失的瓦斯量。,由此可得：,上式为直线方程式，可用最小二乘法求出常数k和V2，V2即为所求的瓦斯损失量。,(6-2),24,1.地勘期

11、间煤层瓦斯含量测定,损失量的确定： 图解法： 以解吸时间 为横坐标，累计解吸量V1为纵坐标作图，则前一段直线部分反延长与纵轴的交点值即为总损失量。 解析法： 将 进行线性回归，得到线性拟合方程： ，则拟方程中V损即为总损失量。 无论是图解法还是解析法，可以利用Excel很方便地实现。,25,1.地勘期间煤层瓦斯含量测定,采样过程瓦斯损失量推算,t1,t1,V1,V1,取样时间t1对瓦斯含量测定的有什么影响呢?,26,（1）地质勘探时期煤层瓦斯含量的直接测定法,27,5）煤层瓦斯含量计算 煤层瓦斯含量是上述各阶段放出的瓦斯总体积与损失瓦斯量之和同煤样重量的比值。即： (6-3) 式中： W0煤层

12、原始瓦斯含量，mL/g； V1煤样解吸测定中累计解吸出的瓦斯量，cm3； V2推算出的瓦斯损失量，cm3 ； V3煤样粉碎前脱出的瓦斯量，cm3 ； V4煤样粉碎后脱出的瓦斯量，cm3 ； G煤样质量，g。 应当指出，各阶段放出的瓦斯量皆应换算为标准状态下的体积。,28,2.井下煤层瓦斯含量测定方法,钻屑采集方法与器具,抚顺分院在19801981年期间，研究提出了钻屑解吸法测定煤层瓦斯含量的方法。方法的原理与地勘钻孔所用解吸法相同。 优点：一是煤样暴露时间短，一般为35min，且易准确进行测定；二是煤样在钻孔中的解吸条件与在空气中大致相同，无泥浆和泥浆压力的影响。,29,幂函数法 在解吸最初一

13、段时间内，煤样解吸瓦斯速度与解吸时间 t 的呈-n次方（常数）的幂函数关系，如下式所示。 式中： qtt时间的瓦斯解吸速度， cm3/min； q0t=0时的瓦斯解吸速度，cm3/min； q1t=1时的瓦斯解吸速度，cm3/min； t瓦斯解吸时间，min； n瓦斯解吸速度衰减系数，0n1。,采样过程瓦斯损失量推算,2.井下煤层瓦斯含量测定方法,30,损失量计算： 式中： V损煤样损失瓦斯量， cm3； t0煤样暴露时间，min。,2.井下煤层瓦斯含量测定方法,31,(三) 煤层瓦斯含量间接测定方法 1.根据煤层瓦斯压力和煤的吸附等温线确定煤层瓦斯含量 根据已知煤层瓦斯压力和实验室测出的煤对

14、瓦斯吸附等温线，可用下式确定煤层瓦斯含量： 式中 X 煤层原始瓦斯含量，m3/t； a吸附常数，试验温度下煤的极限吸附量，m3/t； b吸附常数，MPa-1； p 煤层绝对瓦斯压力，MPa； Aad煤的灰分，%； Mad 煤的水分，%； 煤的孔隙率，m3/m3； 煤的视密度，t/m3。,32,2.含量系数法 中国矿业大学周世宁院士研究提出了井下煤层瓦斯含量测定的含量系数法，他在分析研究煤层瓦斯含量的基础上，发现煤中瓦斯含量和瓦斯压力之间的关系可以近似用下式表示： 式中 W煤层原始瓦斯含量，m3/t； 煤的瓦斯含量系数，m3/(m3MPa1/2)； P瓦斯压力，MPa。煤的视密度。 煤层瓦斯含量

15、系数在井下可直接测定得出。,33,3.根据煤的残存瓦斯含量计算煤层瓦斯含量,根据煤的残存瓦斯含量推算煤层原始瓦斯含量是一种简单易行的方法。 在正常作业的掘进工作面，在煤壁暴露30min后，从煤层顶部和底部各取一个煤样，装入密封罐，送入实验室测定煤的残存瓦斯含量。如工作面煤壁暴露时间已超过30min，则采样时应把工作面煤壁清除0.20.3m深，再采煤样。,34,若实测煤的残存瓦斯含量在3m3/tr以下，按下式计算煤的原始瓦斯含量： W01.33Wc （611） 式中 W0纯煤原始瓦斯含量，m3/t； Wc实测煤的残存瓦斯含量，m3/t。 由式（6-11）看出，这时的瓦斯损失量取为定值25%。 当煤的残存瓦斯含量大于3m3/tr时，用下式计算煤的瓦斯含量： W02.05 Wc -2.17 （612） 在所采两煤样中，以实测较大的残存量为计算依据。,3.根据煤的残存瓦斯含量计算煤层瓦斯含量,35,三、深部或某深度处煤层瓦斯含量预测 线性回归分析法 煤矿开采实践表明，在一定深度范围内，矿井瓦斯含量与煤层赋存深度有线性关系： W = aH + b （620） 式中： W煤层瓦斯含量，m3/t； H开采深度，m； a、b回归系数。 该方法适用于以下几种情况： （1）生产矿井的延深水平，生产矿井开采水平的新区，与生产