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1、瓦斯地质瓦斯地质主要内容一、瓦斯的一、瓦斯的赋存与成因存与成因 二、煤二、煤层瓦斯含量的影响因素瓦斯含量的影响因素 三、三、矿井瓦斯涌出量及等井瓦斯涌出量及等级划分划分 四、煤与瓦斯突出及其影响因素四、煤与瓦斯突出及其影响因素 五、瓦斯地五、瓦斯地质图编制制瓦斯地瓦斯地质是是70年代后期在我国煤炭行年代后期在我国煤炭行业发展比展比较快的一个新快的一个新领域，它是研究煤域，它是研究煤层瓦斯瓦斯赋存、运移、存、运移、分布，分布，矿井瓦斯涌出和煤与瓦斯突出与地井瓦斯涌出和煤与瓦斯突出与地质因素因素的关系，并探明其的关系，并探明其规律性的律性的边缘学科，是在吸收学科，是在吸收地地质工程和安全技工程和安
2、全技术工程两学科的相关理工程两学科的相关理论，经过生生产实践、科学研究和理践、科学研究和理论提提炼，直接，直接应用于用于资源、源、环境和煤境和煤矿安全生安全生产的新学科。的新学科。瓦斯地瓦斯地质研究的研究的显著特点是密切著特点是密切联系生系生产实际，它把煤它把煤矿瓦斯涌出和突出分布瓦斯涌出和突出分布规律的研究与瓦斯律的研究与瓦斯的的综合治理合治理结合起来，提高了防治措施的合起来，提高了防治措施的针对性性和有效性，更好地和有效性，更好地发挥了瓦斯防治措施的安全和了瓦斯防治措施的安全和经济效益。效益。一、瓦斯的赋存与成因一、瓦斯的赋存与成因1、瓦斯的成分与性、瓦斯的成分与性质瓦斯是指在煤瓦斯是指在
3、煤矿生生产过程中，从煤程中，从煤层和和围岩中泄岩中泄出的一种多成分的混合气体。出的一种多成分的混合气体。瓦斯中瓦斯中甲烷占占绝大大多数，其次多数，其次为氮气和和二氧化碳，其它成分的含量，其它成分的含量很少。很少。由于甲由于甲烷是是矿井瓦斯的主要成分，因此一般井瓦斯的主要成分，因此一般矿井井所所说的瓦斯的瓦斯仅指甲指甲烷而言。而言。 瓦斯是地瓦斯是地质作用的作用的产物，它的形成、保存、运移物，它的形成、保存、运移都与地都与地质条件密切相关。条件密切相关。甲甲烷俗称沼气，俗称沼气，为无色、无嗅、无味、无毒，可无色、无嗅、无味、无毒，可以燃以燃烧和爆炸的气体。和爆炸的气体。在在标准状准状态下，甲下，
4、甲烷对空气的比重比空气的比重比为0.554，比，比空气空气轻，聚，聚积在巷道上部，化学性在巷道上部，化学性稳定，微溶于定，微溶于水，易于水，易于扩散，渗透岩体的能力散，渗透岩体的能力为空气的空气的1.6倍。倍。当空气中混有当空气中混有516的沼气的沼气时，遇高温能引起，遇高温能引起爆炸。可能爆炸。可能产生爆炸的沼气的最低生爆炸的沼气的最低浓度称度称为爆炸爆炸下限下限，最高，最高浓度称度称为爆炸上限爆炸上限。 瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因2、瓦斯的、瓦斯的赋存状存状态两种状两种状态：(1) 游离状游离状态（自由状（自由状态）：）：瓦斯是以自由瓦斯是以自由的气体
5、状的气体状态存在于煤体、存在于煤体、围岩的孔隙、裂岩的孔隙、裂隙或空洞中。瓦斯的分子可以在煤体的孔隙或空洞中。瓦斯的分子可以在煤体的孔隙内自由运隙内自由运动。游离状。游离状态的瓦斯的瓦斯赋存量的存量的大小，取决于煤、岩大小，取决于煤、岩层的孔隙度，同的孔隙度，同时也也取决于外界的温度和取决于外界的温度和压力。力。 瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因(2) 吸着状吸着状态（吸附与吸收两种状（吸附与吸收两种状态）吸附瓦斯：吸附瓦斯：瓦斯分子被吸附在煤、岩体孔瓦斯分子被吸附在煤、岩体孔隙的表面，形成一隙的表面，形成一层瓦斯薄膜。薄膜的形成是瓦斯薄膜。薄膜的形成是由于气体
6、分子与固体由于气体分子与固体颗粒之粒之间存在着极大的分存在着极大的分子引力。吸附量的大小，取决于煤的孔隙率、子引力。吸附量的大小，取决于煤的孔隙率、变质程度以及外界的温度和程度以及外界的温度和压力。力。吸收瓦斯：吸收瓦斯：瓦斯分子瓦斯分子进入煤体内部，瓦斯入煤体内部，瓦斯分子与煤分子分子与煤分子紧密地密地结合成固溶体（合成固溶体（这与气体与气体被液体溶解的被液体溶解的现象象类似）。似）。瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯在煤体中的瓦斯在煤体中的赋存状存状态瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因上述两种状上述两种状态，在一定的温度、，在
7、一定的温度、压力下，力下，处于于动平衡状平衡状态：压力增大，温度降低，力增大，温度降低，部分游离瓦斯部分游离瓦斯吸附吸附瓦斯瓦斯 （吸附（吸附过程）程）压力降低，温度增大，力降低，温度增大，吸附瓦斯吸附瓦斯部分游离部分游离瓦斯瓦斯 （解吸（解吸过程）程） 瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因3、瓦斯的成因、瓦斯的成因瓦斯属于天然气范畴，基本上可以分瓦斯属于天然气范畴，基本上可以分为煤型气煤型气和和油型气油型气两两类：腐植型腐植型有机物的主要演化有机物的主要演化产物物为煤和煤型气煤和煤型气；腐泥型腐泥型有机物的主要演化有机物的主要演化产物物为石油和油型气石油和油型气。
8、煤型气煤型气是煤是煤矿瓦斯的主要来源。瓦斯成因学瓦斯的主要来源。瓦斯成因学说很多，但多数很多，但多数认为煤中的瓦斯是在煤中的瓦斯是在煤化作用煤化作用过程中形成的。程中形成的。瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因成煤第一成煤第一阶段段（泥炭化（泥炭化阶段）段），生成的气体物质主要为CH4、CO2和H2O。这一过程发生于地表附近，生成的气体大部分散失于大气中。由于接近地表，由于接近地表，多数已在自然状多数已在自然状态下逸散；下逸散；成煤第二成煤第二阶段段（煤化（煤化阶段）段），随着埋深增加，地，随着埋深增加，地温升高，在温升高，在热分解分解过程中程中产生大量的甲生大量的
9、甲烷，且易，且易保存。保存。所以，所以，现今煤今煤层中所含的瓦斯大部分是在中所含的瓦斯大部分是在这个个阶段生成的，其段生成的，其赋存量取决于后来的地存量取决于后来的地质变迁。迁。瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因瓦斯的赋存与成因二、煤层瓦斯含量的影响因素二、煤层瓦斯含量的影响因素 1、煤、煤变质程度程度煤的煤的变质程度，程度，一方面决定一方面决定着着产气的数量，气的数量，变质程度越高，程度越高，产气数量越多，瓦斯含量越大；气数量越多，瓦斯含量越大；另一方面决定另一方面决定着煤内微孔隙的着煤内微孔隙的发育程度，影响着育程度，影响着煤煤对瓦斯的吸附瓦斯的吸附能力能力。 表表表表4-1
10、4-1煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素褐煤褐煤虽然孔隙率大，吸附瓦斯的能力强，但产气虽然孔隙率大，吸附瓦斯的能力强，但产气量小，瓦斯含量不高；量小，瓦斯含量不高；长焰煤长焰煤的孔隙和表面积都比较小，所以吸附瓦斯的孔隙和表面积都比较小，所以吸附瓦斯的能力大大降低，为的能力大大降低，为202030m30m3 3/t/t；随着煤的进一步变质，到随着煤的进一步变质，到无烟煤无烟煤时其孔隙和表面时其孔隙和表面积都达到最大，吸附瓦斯的能力最强（积都达到最大，吸附瓦斯的能力最强（505060m60m3 3/t/t），又由于无烟煤产气量大，因此瓦斯含），
11、又由于无烟煤产气量大，因此瓦斯含量最高；量最高；无烟煤石墨无烟煤石墨阶段，因微孔隙显著收缩，吸附能阶段，因微孔隙显著收缩，吸附能力逐趋消失，瓦斯含量不高。（图力逐趋消失，瓦斯含量不高。（图4-34-3） 煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素不同不同变质程度的煤程度的煤教材教材图4-3煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素前已述及（表前已述及（表4-14-1），生成），生成1t1t无烟煤能产生超过无烟煤能产生超过400m400m3 3的瓦斯，但今天煤内能储存的瓦斯最多不超的瓦斯，但今天煤内能储存
12、的瓦斯最多不超过过50m50m3 3/t/t。显然，煤内瓦斯含量不仅决定于产气。显然，煤内瓦斯含量不仅决定于产气条件，更重要的还取决于储气条件。条件，更重要的还取决于储气条件。 2、围岩的透气性岩的透气性煤煤层和和围岩的透气性，决定着瓦斯的岩的透气性，决定着瓦斯的储存存条件和瓦斯在煤条件和瓦斯在煤层内的流内的流动特性。特性。煤和煤和围岩的透气性好，有利于瓦斯的运移岩的透气性好，有利于瓦斯的运移和排放，煤和排放，煤层瓦斯含量瓦斯含量较小，瓦斯分布小，瓦斯分布较均一；均一；反之，煤与反之，煤与围岩的透气性差，不利于瓦斯岩的透气性差，不利于瓦斯的运移和排放，有利于瓦斯的保存，煤的运移和排放，有利于瓦
13、斯的保存，煤层瓦斯含量瓦斯含量较大，瓦斯分布不均匀。大，瓦斯分布不均匀。 煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素3、地、地质构造构造地地质构造构造对瓦斯的聚瓦斯的聚积和排放具有和排放具有双重作用双重作用：在煤在煤层顶板岩性致密、透气性差的条件下，在未受断板岩性致密、透气性差的条件下，在未受断裂破坏和裂破坏和严重剥重剥蚀的的褶褶皱地区，由于构造的圈地区，由于构造的圈闭，至，至使瓦斯沿煤使瓦斯沿煤层向上运移向上运移较易，因此背斜易，因此背斜顶部部较向斜槽向斜槽部瓦斯相部瓦斯相对聚聚积，瓦斯含量，瓦斯含量较大，瓦斯大，瓦斯压力力较高。高。与之相反，在
14、遭受断裂破坏和与之相反，在遭受断裂破坏和严重剥重剥蚀的褶的褶皱地区，地区，由于背斜由于背斜顶部煤部煤层埋藏埋藏较浅，通达地表的断裂浅，通达地表的断裂发育，育，有利于煤有利于煤层瓦斯的排放，因此背斜瓦斯的排放，因此背斜顶部部较向斜槽部瓦向斜槽部瓦斯含量斯含量较小，瓦斯小，瓦斯压力力较低。低。 煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素 张性、张扭性断裂，起着排放瓦斯的作用，致使断层附近张性、张扭性断裂，起着排放瓦斯的作用，致使断层附近张性、张扭性断裂，起着排放瓦斯
15、的作用，致使断层附近张性、张扭性断裂，起着排放瓦斯的作用，致使断层附近瓦斯含量减小。瓦斯含量减小。瓦斯含量减小。瓦斯含量减小。 局限于煤层附近的、掩伏式压性或压扭性断裂，起着封闭局限于煤层附近的、掩伏式压性或压扭性断裂，起着封闭局限于煤层附近的、掩伏式压性或压扭性断裂，起着封闭局限于煤层附近的、掩伏式压性或压扭性断裂，起着封闭瓦斯的作用，致使断裂附近瓦斯含量增大。瓦斯的作用，致使断裂附近瓦斯含量增大。瓦斯的作用，致使断裂附近瓦斯含量增大。瓦斯的作用，致使断裂附近瓦斯含量增大。 4、煤、煤层的埋藏深度的埋藏深度纵向向带状分布：随着煤状分布：随着煤层埋藏深度的增加，瓦斯埋藏深度的增加，瓦斯的成分、
16、含量及其性的成分、含量及其性质也也发生相生相应的的变化。由浅化。由浅而深，可分而深，可分为四个四个带： 煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素瓦斯分带瓦斯成分和含量说明瓦斯风化带第一带：N2-CO2带CO2含量20%各带的埋藏深度随着各个地区岩层的空气透入条件、上部煤（岩）层氧化情况及地下水活动的强弱，而有所不同第二带：N2带N2含量80%;CO2含量80%教材教材图4-4煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素教材教材图4-5煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素煤层瓦斯含量的影响因素瓦斯风化带深度是随岩层的空气透入条件、上部瓦斯风化带深度是随岩层的空气透入条件、上部煤岩层的风氧化情况，以及地下水活动的强弱程煤岩层的风氧化情况，以及地下水活动的强弱程度不同而各地差异很大。度不同而各地差异很大。5 5、地下水活动、地下水活动、地下水活动、地下水活动活动在煤层裂隙和孔隙中的地下水，不仅侵占了活动在煤层裂隙和孔隙中的地下水，不仅侵占了瓦斯的储存空间，排挤出部分游离瓦
