瓦斯地质(1).doc

一 瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体 瓦斯地质学是研究瓦斯的形成、运移、赋存和发生瓦斯灾害的地质控制理论的一门交叉学科。 二、瓦斯地质学的研究内容 1 瓦斯赋存机理研究瓦斯赋存机理研究 2 构造煤和瓦斯突出煤体基础理论研究 3瓦斯（煤层气）抽采地质控制机理研究 4 煤与瓦斯突出的地质控制机理研究 三 构造煤是煤层受地质构造挤压剪切破换作用的产物。瓦斯突出煤体，是指含有高能瓦斯的构造煤体。瓦斯突出煤体具有瓦斯高含量、高解吸速度，低强度，低渗透性的“两高两低”特性 四 含煤盆地系指赋存煤炭的沉积构造盆地 含煤盆地含煤盆地形成于形成于晚古生代石炭纪以来，在时间上具有不连续性，在空间上具有不均 五 中国含煤盆地形成时期主要在晚古生代以后并以石炭--二叠纪，晚三叠世，早中侏罗世，晚侏罗-早白垩世 古近纪和新近纪（即第三纪）课本十三页 或307页 六 瓦斯成因类型 1 生物成因瓦斯生物成因瓦斯 是指由各类微生物的一系列复杂作用过程导致是指由各类微生物的一系列复杂作用过程导致成煤物质降解而生成的瓦斯气体。成煤物质降解而生成的瓦斯气体。 2 热成因瓦斯热成因瓦斯 是指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤是指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而生成的瓦斯气体。分子结构与成分的变化而生成的瓦斯气体。 七 不同地质构造对瓦斯保存的影响（识图题） 向斜构造、被斜构造、褶皱-逆冲推覆构造、伸展构造（37-38页图中四类各选一个） 八 水文地质对瓦斯保存的影响 一是水力运移、逸散作用；二是水力封闭作用；三是水力封堵作用其中第一种导致瓦斯散失，后两种有利于瓦斯保存 九 瓦斯保存的影响因素 （一）褶曲构造对瓦斯保存的影响；（二）沉积作用对瓦斯保存的影响； （三）煤层厚度对瓦斯保存的影响；（四）水文地质对瓦斯保存的影响； 十 地台 地壳上稳定的形成后再未遭受褶皱变形的地区 如四川盆地、非洲大陆 11 板块地球岩石圈层被洋中脊、海沟、转换断层等构造活动带分割形成的不连续板状岩石圈块体。 12 中国四大构造域及特征 古亚洲构造域 主要形成于晋宁印支期，属古板块活动范畴； 特提斯构造域 包括主要形成于华力西期的古特提斯和主要形成演 化于燕山期与喜马拉雅期的新特提斯，为现代板块 构造活动的产物 古华夏构造域 主要形成于晋宁印支期，属古板块活动范畴 滨太平洋构造域 生成于中、新生代，为现代板块构造活动的产物 13中国煤与瓦斯突出动力灾害特征 （1） 中国是世界上煤与瓦斯突出动力灾害最严重的国家 （2） 含高能瓦斯的构造煤是煤与瓦斯突出发生的的物质基础 （3） 煤与瓦斯突出多发生在构造挤压剪切破坏带 14板块构造对中国煤与瓦斯突出区域分布的控制 1 板缘构造带控制着煤与瓦斯突出的敏感地带。 2 板内造山带控制着煤与瓦斯突出的敏感地带。 3 深层构造陡变带是影响煤与瓦斯突出的敏感地带。 4 深层活动断裂带是影响煤与瓦斯突出的敏感地带。 5 推覆构造带是煤与瓦斯突出的敏感地带。 6 强变形带是控制煤与瓦斯突出的敏感地带。 其中要知道那些矿井矿区受板缘构造带、板内造山带控制（有可能判断） 15 瓦斯赋存状态 两种形式；吸附态瓦斯（分为吸收态和吸着态）和游离态瓦斯 16 煤对由CO2与H4,CH4与N2组成的混合气体及CO2/CH4/N2的吸附性强弱依次为CO2CO2CH4CH4CH4N2N2 煤对CO2/CH4/N2的吸附性强弱依次为CO2 CH4 N2 17煤的解吸特征 解吸煤中吸附气因储层压力降低或温度升高等而转变成游离气体的过程叫解吸。 煤层解吸特征常用可解吸率（或可解吸量）和解吸速率衡量，解吸总量由阶段解吸量组成，解吸速率往往采用吸附时间定量表示 18 煤层瓦斯含量基本概念 煤层瓦斯含量是指单位质量的煤中所含有的瓦斯体积（换算为标准状态下的体积），单位是cm /g或m /t。煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤去掉煤中水分和灰分的瓦斯体积表示，单位是cm /g, daf或m /t, daf。所谓标准状态是指绝对温度273.2K（0℃），大气压力1.013kPa（760mm汞柱）。 煤层原始瓦斯含量 煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，单位质量煤中所含有的瓦斯体积（换算成标准状态下体积），称之为煤层原始瓦斯含量，常用m /t和cm /g作计量单位。 煤层残存瓦斯含量 煤层受采动影响而涌出一部分瓦斯后，单位质量煤中所含有的换算成标准状态下的瓦斯体积称之为煤层残存瓦斯含量，常用计量单位亦是m3/t和cm3/g作计量单位。 煤的可解吸瓦斯含量 煤自的原始瓦斯含量与煤层残存瓦斯含量之差称为煤的可解吸瓦斯含量，其物理单位为m3/t或cm3/g。煤的可解吸瓦斯含量大致代表单位质量的煤在开采过程中，在井下可能涌出的瓦斯量。 煤的瓦斯容量 煤中瓦斯压力升高时，单位质量煤所能吸附瓦斯的最大体积（换算为标准状态下的体积），称之为煤的瓦斯容量。瓦斯容量与煤的变质程度有关，从褐煤到无烟煤，随着煤的变质程度升高，瓦斯容量加大。瓦斯容量实际上是煤对瓦斯的极限吸附量 瓦斯浓度 单位体积的风流所含瓦斯的体积量 19煤层瓦斯分布状况由浅至深可划分为四个分带 ① 二氧化碳-氮气带②氮气带③氮气-甲烷带④甲烷带 前三个带统称为瓦斯分化带，甲烷带称为瓦斯带 20 瓦斯分化带下部边界的确定 ①瓦斯压力P0.1～0.15MPa（1～1.5 kg/cm ②瓦斯组分CH4≥80（体积百分数）； ③相对瓦斯涌出量大于2 m /t。 ④煤层瓦斯含量（x） 气煤 x1.5～2.0m /t（燃） 肥煤与焦煤 x2.0～2.5m /t （燃） 瘦煤 x2.5～3.0m /t （燃） 贫煤 x3.0～4.0m /t （燃） 无烟煤 x5.0～7.0m /t （燃） 21煤储层压力是指作用于煤孔隙和裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔隙流体压力，相当于常规油气储层中的油层压力或气层压力。 煤储层流体受到三个方面力的作用，包括上覆岩层静压力、静水柱压力 和构造应力。 22 煤储层压力的地质控制 煤储层压力受地质构造演化、生气阶段、水文地质条件（水位、矿化度、温度）、埋藏深度、含气量、大地构造位置、地应力等诸多因素影 23 渗透性是流体通过多孔介质的能力，表征渗透性的量是渗透率，与渗透率有关的概念有绝对渗透率、有效（相）渗透率、相对渗透率等。 ①．绝对渗透率只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率 ②．有 效（相）渗透率若孔隙中存在多相流体，则多孔介质允许每一相流体 通过的能力称为每相流体的相渗透率，也称为有效渗透率。 ③．相对渗透率 有效相渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。煤储层相对渗透率通常采用单相有效渗透率同气相甲烷或氦气克氏渗透率或绝对渗透率的比值 24 煤体结构分为原生结构煤和构造煤 构造煤的常见宏观结构碎裂结构、碎粒结构、粉粒结构、糜棱结构 对应的构造煤命名 碎裂煤 、碎粒煤 、 粉粒煤 、 糜棱煤 25采区绝对瓦斯涌出量在采区内，单位时间涌出的瓦斯体积 单位为m3/d或m3 /min。 Qj Q C / 100 式中3 Qj──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，％。 26相对瓦斯涌出量矿井在正常生产条件下平均日产1t煤同期涌出的瓦斯体积 27 煤与瓦斯突出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 28）煤与瓦斯突出基本特征（有可能出判断题） ①突出的煤向外抛出距离较远，具有分选现象 ② 抛出的煤堆积角小于煤的自然安息角 ③ 抛出的煤破碎程度较高，含有大量的煤块和手捻无碎感的煤粉 ④ 有明显的动力效应，破坏支架、推到矿车、破坏和抛出安装在巷道内的设备 ⑤ 有大量的瓦斯涌出，瓦斯涌出量远远超过突出煤的瓦斯含量，有时使风流逆转 ⑥ 突出孔洞呈口小腔大的梨形、舌形、倒瓶形等 煤与瓦斯压出基本特征 ① 压出有两种形式，即煤的整体位移和煤有一定距离的抛出 但位移和抛出的距离都较小 ② 压出后，在煤层与顶板之间的裂隙中常留有细煤粉，整体位移的煤体上有大量裂隙 ③ 压出的煤呈块状、无分选现象 ④ 巷道瓦斯涌出量增大 ⑤ 压出可能无孔洞或呈口大腔小的楔形孔洞 煤与瓦斯倾出基本特征 ① 倾出的煤按自然安息角堆积，无分选现象 ② 倾出的孔洞呈孔大腔小形状 ③ 无明显动力现象 ④ 倾出常发生在煤质松软的急倾斜厚煤层中 ⑤ 巷道瓦斯涌出量明显增大 29“四位一体”综合防突突出危险性预测、防突措施、措施效果检验、安全保护 30 综合作用假说能量假说、分成分离说、破坏区说、游离瓦斯压力说 瓦斯地质统计法275 31煤层高瓦斯赋存和涌出量区域分布规律 1 以深层煤化作用为主的中、高变质烟煤、无烟煤带，地层连续沉积的拗陷带 2 以深层煤化作用为主的中、高变质烟煤、无烟煤带，构造上以挤压作用为主 3 以岩浆热变质煤化作用为主的中、高变质烟煤、无烟煤（高阶无烟煤除外），构造上以挤压、褶皱、逆冲推覆为主 4 以含有多层油页岩为特征的早第三纪的煤层中的高瓦斯煤田 5 以含有油气涌出为特征的高瓦斯矿区， 32煤层低瓦斯赋存和涌出量区域分布规律 ① 以强风化剥蚀作用为主控制的煤层 ②以拉张活动为主控制的煤层 ③ 以浅海碳酸盐岩相沉积为主的石炭二叠纪的煤层 ④ 高阶无烟煤低瓦斯带 ⑤ 新近纪、古近纪的褐煤低瓦斯赋存 33低瓦斯矿井、高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井的区别 1.低 瓦斯矿井矿井相对瓦 斯 涌 出 量小 于 10m 3/t， 且 矿 井 绝 对 瓦 斯 涌 出量 小 于 40 m3/min 2.高瓦斯矿井矿井相对瓦斯涌出量大于10m /t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min。 低瓦斯矿井中 ，相对瓦斯涌出量大于10m /t或 有瓦斯喷出的个别域（采区或工作面）为高瓦斯区，该区按高瓦斯矿井管理 煤与瓦斯突出矿井 34 矿山瓦斯涌出量预测方法 1、 矿山统计法矿山统计法的实质是根据对本井或邻近矿井实际瓦斯涌 出量资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，来 推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。 2、瓦斯地质统计法根据本矿井或邻近矿井实际瓦斯地质资料，在搞清矿井瓦斯地质规律的基础上，划分瓦斯地质单元，分析响瓦斯涌出量大小的主控因素，建立瓦斯涌出量与主控因素的数学模型，预测新水平或新建矿井瓦斯涌出量的方法。 3、分源预测法井下 涌出 瓦斯 的 地点 即为瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接决定着矿井瓦斯涌出 量的大小。应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。