第二章 瓦斯地质基础.pdf

瓦 斯 地 质 学瓦 斯 地 质 学 河 南 理 工 大 学河 南 理 工 大 学 2.1 矿井瓦斯矿井瓦斯 q2.1 2.1 矿井瓦斯矿井瓦斯 1. “瓦斯瓦斯”词语来源词语来源 “瓦斯”音译自日文“ガス（瓦斯）” 2. 矿井瓦斯矿井瓦斯 是指从煤层及煤层围岩中涌出的，以及在煤矿生产过程中产 生的各种气体的统称。 矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷CH4，其次是二氧 化碳CO2和氮气N2，还含有少量或微量的重烃类气体、氢 （H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫SO2、硫化氢H2S等。 广义煤矿井下有毒气体的总称。狭义甲烷 2.1 矿井瓦斯矿井瓦斯 q2.1.1 2.1.1 矿井瓦斯来源矿井瓦斯来源 矿井瓦斯来源矿井瓦斯来源 煤（岩）层和地下煤（岩）层和地下 水释放出来的水释放出来的 化学及生物化学作化学及生物化学作 用产生的用产生的 煤炭生产过程中煤炭生产过程中 产生的产生的 2.1 矿井瓦斯矿井瓦斯 q2.1.2 2.1.2 矿井瓦斯的性质矿井瓦斯的性质 1. 物理性质 无色、无味、无嗅、可燃烧、窒息、有毒性、微溶于水。 密度密度0.7168kg/m3； 水中溶解度水中溶解度55.61 l/m30℃，0.1MPa 33.10 l/m320℃，0.1MPa 爆炸范围爆炸范围5-16体积百分比，相当1m3空气33-100g瓦斯 对空气比重对空气比重0.5545 发 热 量发 热 量35.994 MJ/m3 扩散系数扩散系数0.196 cm2/s 0℃，0.1MPa 分子直径分子直径0.4110-9m 2.1 矿井瓦斯矿井瓦斯 q2.1.3 2.1.3 煤矿常见气体的部分物理性质煤矿常见气体的部分物理性质 甲烷甲烷二氧化碳二氧化碳一氧化碳一氧化碳硫化氢硫化氢乙烷乙烷氢气氢气 CH4CO2COH2SC2H6H2 分子量分子量 16.0444.0128.0134.0830.072.01 密度，密度，kg/m 3 0.71681.981.251.541.360.09 对空气的比重对空气的比重 0.55451.530.971.171.050.07 沸点，沸点，0℃，℃， （（0.1MPa下）下） - 161.7- 78.5- 190- 61.8- 88.3- 252.8 爆炸下限，爆炸下限， 5/12.54.334 爆炸上限，爆炸上限， 16/74.245.512.574.2 发热量，发热量， MJ/m 3 35.99/11.8623.564.5311.94 性性 质质 2.1 矿井瓦斯矿井瓦斯 q2.1.4 2.1.4 瓦斯的危害及用途瓦斯的危害及用途 危害危害危害危害 1.可造成瓦斯窒息事故43呼吸短促，57即刻昏迷 2.可酿成瓦斯燃烧事故16存在火源 3.引起瓦斯爆炸事故5-16存在火源 4.产生煤与瓦斯突出事故 用途用途用途用途 1.用城镇煤气 2.用作锅炉和窑炉燃料 3.瓦斯发电 4.作为机动车燃料 5.用作化工原料和化工产品 2.2 瓦斯成因瓦斯成因 q2.2.1 2.2.1 瓦斯成因瓦斯成因 瓦 斯 成 因瓦 斯 成 因 在植物沉积成煤初期的泥炭化过在植物沉积成煤初期的泥炭化过 程中，有机物在隔绝外部氧气进入和程中，有机物在隔绝外部氧气进入和 温度不超过温度不超过50℃的条件下，被厌氧微℃的条件下，被厌氧微 生物分解为生物分解为CH4、、CO2和和H2O。。 泥炭泥炭时时期期埋深埋深不大，生成的瓦斯不大，生成的瓦斯 通通过过渗滤渗滤和和扩散排扩散排放放到到大气中，因大气中，因此此 ，生物化学作用产生的瓦斯一，生物化学作用产生的瓦斯一般般不不会会 保留保留在煤层在煤层内。内。 生物化学成气生物化学成气时时期期 T≤≤50℃℃ 煤化煤化变变质作用质作用时时期期 T50-220℃℃ 随着随着煤煤系系地层的沉地层的沉降降及及所所 处压力处压力和温度的和温度的增加增加，泥炭，泥炭转转 化为化为褐褐煤煤.有机物在有机物在高高温、温、高压高压 作用下，作用下，处于变处于变质质造造气气时时期，期， 挥挥发分发分减少减少，，固定固定碳碳增加增加，生，生 成的气成的气体主要体主要为为CH4和和CO2。。 2.2 瓦斯成因瓦斯成因 q2.2.2 2.2.2 成煤过程中瓦斯生成量成煤过程中瓦斯生成量 煤煤 阶阶褐褐 煤煤 长焰长焰煤 气煤 气 煤煤 肥肥 煤煤 焦焦 煤煤 瘦瘦 煤煤 贫贫 煤煤 无烟无烟煤煤 生气量生气量 （（m3/t）） 阶段阶段生气量生气量 （（m3/t）） 411746861004417 27028733341968168212229 2.2 瓦斯成因瓦斯成因 q2.2.3 2.2.3 煤层瓦斯垂向分带各带气体组分煤层瓦斯垂向分带各带气体组分 CO2N2CH4 按体按体积积按体按体积积按体按体积积 CO2-N2空气空气～～生化成因生化成因 20～～8020～～800～～10 N2空气成因空气成因 0～～2080～～1000～～20 N2-CH4变变质成因质成因 0～～2020～～8020～～80 CH4变变质成因质成因 0～～100～～2080～～100 带带 名名 （（从从上上到到下）下） 气气 带带 成成 因因 瓦斯在瓦斯在压力压力和和浓浓度度差驱动差驱动下进下进行运移行运移，煤层，煤层保存保存瓦斯量的瓦斯量的多少取决多少取决 于封闭于封闭条件条件埋藏深埋藏深度、度、透透气性、地质气性、地质构造构造与贮藏与贮藏条件条件吸附吸附性、性、孔隙率孔隙率 、、含含水性、温度、水性、温度、压力等压力等。。 瓦瓦 斯斯 风风 化化 带带 瓦瓦 斯斯 风风 化化 带带 2.2 瓦斯成因瓦斯成因 图2-2-2 顿巴斯煤田煤层瓦斯组分在各瓦斯带中的变化 Ⅰ--氮气-二氮化碳带Ⅱ-氮气带 Ⅲ-氮气-甲烷带Ⅳ-甲烷带 N2 CO2 Ⅳ CH4 CH4 Ⅲ Ⅱ Ⅰ N2 CO2 从从 上上 向向 下下 2.2 瓦斯成因瓦斯成因 q2.2.4 2.2.4 瓦斯风化带下限瓦斯风化带下限 1煤层中煤层中所含所含瓦斯的瓦斯的CH4成成份达份达80；； 2煤层瓦斯煤层瓦斯压力压力为为0.1-0.15MPa；； 3在在相同相同条件下条件下M和和T，，与与煤层瓦斯煤层瓦斯压力相当压力相当的瓦斯的瓦斯含含量量；； 气煤气煤X1.5-2.0 m3/t.r；； 肥肥煤煤与瘦与瘦煤煤X2.0-2.5 m3/t.r；； 瘦瘦煤煤X2.5-3.0 m3/t.r；贫；贫煤煤X3.0-4.0 m3/t.r；； 无烟无烟煤煤X5.0-7.0 m3/t.r，，相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量出量q2-3 m3/t；； 4矿井矿井相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量为出量为2m3/t。。 影响影响因因素素 煤层煤层赋存赋存地质条件地质条件围围岩性质、煤层有岩性质、煤层有无露头无露头、、断断层发层发育育、、 煤层煤层倾角倾角、地下水、地下水活活动等动等 2.3 瓦斯赋存瓦斯赋存 q2.3.1 2.3.1 瓦斯在煤体内赋存状态瓦斯在煤体内赋存状态 图例图例 瓦斯在煤层瓦斯在煤层内存内存在在状态状态 1 - 游离游离瓦斯瓦斯；；2 - 吸吸收收瓦斯瓦斯；；3 - 吸着吸着瓦斯瓦斯 1 瓦斯在煤瓦斯在煤体内存体内存在在状态状态 吸附吸附瓦斯瓦斯 80-90 游离游离瓦斯瓦斯 10-20 吸吸收状态收状态吸着吸着状态状态 以自由以自由气气体体 分子分子存存在在于于煤煤 体体或或围围岩的岩的较较 大大裂裂隙隙、、孔隙孔隙 和空和空洞之洞之中中。。 在在与与颗粒颗粒固体固体 在分子在分子之间引之间引力力 作用下，被作用下，被吸着吸着 在煤在煤体孔隙体孔隙的的内内 表面表面上上。。 瓦斯分子进瓦斯分子进 入煤入煤体体颗粒结颗粒结 构内构内部，部，与与煤煤 体固体体固体分子分子相相 结合结合。。 2.3 瓦斯赋存瓦斯赋存 q2.3.2 2.3.2 瓦斯吸附与解吸瓦斯吸附与解吸 吸附吸附 瓦斯瓦斯 游离游离 瓦斯瓦斯 压力压力↓↓温度温度↑↑ 压力压力↑↑温度温度↓↓ 1吸附吸附瓦斯瓦斯与与游离游离瓦斯瓦斯处于动处于动平衡状态平衡状态；； 2外外界界压力压力、温度、温度变变化，化，原平衡破坏原平衡破坏；； 3这种这种瓦斯瓦斯由由吸附吸附状态状态转转化为化为游离状态游离状态的的现象现象，，称称为解为解吸；吸； 4吸附吸附态态瓦斯瓦斯无内无内能能，，游离态游离态分子热分子热运动运动具具有有内内能能；； 5煤的解煤的解吸吸瓦斯量瓦斯瓦斯量瓦斯压力从压力从平衡状态平衡状态下过下过渡渡到到正常标准正常标准 大气大气压压下，煤下，煤休休释放的瓦斯量释放的瓦斯量。。 2.4 煤的性质煤的性质 q2.4.1 2.4.1 煤的孔隙分类煤的孔隙分类 微微孔孔直径直径 10-1mm ，层，层流流和和紊流混合紊流混合渗透渗透区间区间。。 煤煤 中中 孔孔 隙隙 分分 类类 渗透渗透容容积积小小孔孔至可见至可见 孔孔隙体孔孔隙体积积之之和和。。 总总孔隙体孔隙体积积吸附吸附容容积积 和和渗透渗透容容积积之之和和。。 中中孔孔直径直径10-4 mm～～10-3 mm ，，缓慢缓慢层层流流渗透渗透区间区间。。 大大孔孔直径直径10-3mm～～10-1mm ，，强烈强烈的层的层流流渗透渗透区间区间。。 小小孔孔直径直径10-5mm～～10-4mm ，，毛细凝结毛细凝结和瓦斯和瓦斯扩散扩散空空间间。。 2.4 煤的性质煤的性质 q2.4.2 2.4.2 不同变质程度煤的孔隙分布不同变质程度煤的孔隙分布 0.0550.0490.0520.029＞＞0.0010.0762～～5无烟无烟煤煤 0.0440.0330.0560.023＞＞0.0010.0546～～9半半无烟无烟煤煤 0.0330.0270.0520.022＞＞0.0010.05210～～17贫贫 煤煤 0.0290.0220.0330.016＞＞0.0010.03618～～21瘦瘦 煤煤 0.0260.0210.0380.019＞＞0.0010.03922～～27焦焦 煤煤 0.0260.0190.0330.025＞＞0.0010.05028～～34肥肥 煤煤 0.0260.0150.0340.030＞＞0.0010.05835～～40气 煤气 煤 0.0230.0210.0280.0610.0450.07013～～16长焰长焰煤煤 平均平均最小最小最最大大平均平均最小最小最最大大 微微孔孔m3/t小小孔孔、中、中孔孔和大和大孔孔m3/t挥挥发发份含份含量量 煤煤牌号牌号 2.4 煤的性质煤的性质 q2.4.3 2.4.3 煤的 吸附等温线煤的 吸附等温线 1916年郎格缪尔导年郎格缪尔导出出单单分子层分子层吸附吸附 状态方状态方程程- - 郎格缪尔方郎格缪尔方程程 式式中中X给给定定温度下，瓦斯温度下，瓦斯压力压力为为p时时 单位单位质量质量固体固体纯纯煤煤除除水水份份和和灰灰份份表面表面吸附吸附 的气的气体体体体积，积，m3/t或或m3/ m3；； p煤层煤层平衡平衡的瓦斯的瓦斯压力压力，，MPa；； a吸附吸附常数常数，，试验试验温度下煤的温度下煤的极极 限限吸附吸附量，量，m3/t；； b吸附吸附常数常数，，MPa- 1。。 bP abP X 1 ＝ 2.4 煤的性质煤的性质 q2.4.4 2.4.4 煤的吸附能力主要影响因素煤的吸附能力主要影响因素 1 瓦斯瓦斯压力压力 煤煤 的的 吸吸 附附 能能 力力 主主 要要 影影 响响 因因 素素 5 煤中水分煤中水分 4 变变质程度质程度 温度温度每升每升高高1度，度，吸附吸附瓦斯的瓦斯的能能力要降力要降低低8。。 CO2 CH4 N2 在在给给定定温度下，温度下，吸附吸附量量与与瓦斯瓦斯压力压力呈呈双曲线双曲线变变化化。。 艾琴艾琴格尔格尔经经验验公公式式 式式中中Xw湿湿煤的瓦斯煤的瓦斯吸附吸附量，量，m3/t；；Xd干干煤的瓦煤的瓦 斯斯吸附吸附量，量，m3/t；；Mad煤中水分煤中水分含含量，量，。。 变变质程度和质程度和孔隙孔隙结结构构和比和比表面表面积及化学成积及化学成份份有有关关，，呈呈 马鞍型马鞍型变变化化。。 3 温度温度 2 气气体体性质性质 d ad W X M X 31. 01 1 2.4 煤的性质煤的性质 q2.4.5 2.4.5 不同变质程度煤的吸附瓦斯量不同变质程度煤的吸附瓦斯量 图图2 不不同变同变质程度煤的质程度煤的吸附吸附瓦斯量瓦斯量 （（ “t30℃，℃，p2 MPa ）） 1、、2、、3一一非突非突出煤出煤；；4、、5，，6一一突突出煤出煤；； 1、、4一一新新容容量量法法2、、5一重量一重量法法，，3、、6一一旧旧容容量量法法 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.1 2.5.1 瓦斯运移瓦斯运移 保存在煤层中的瓦斯仅占形成瓦斯量的1/10。成 煤过程中形成的瓦斯可分如下几个部分 1保存煤层中的瓦斯； 2从煤层中运移出来，保存在围岩中的瓦斯； 3从煤层中运移出来，溶解于地下水中瓦斯； 4排放大气中瓦斯。 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.2 2.5.2 瓦斯运移方式瓦斯运移方式 1、渗滤 瓦斯沿裂隙、构造破碎带、喉管的运移方式。 2、扩散 由于气体浓度差原因，气体由高浓度向低浓度扩 散，达到扩散平衡。 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.3 2.5.3 煤层瓦斯流动煤层瓦斯流动 1 1、、原原始始煤煤体体、、原原始始煤煤体体 瓦斯在煤层中瓦斯在煤层中以呈以呈压压缩缩状态状态，煤层瓦斯，煤层瓦斯压力随深压力随深度度 增增大大而而增增大，大，是是在在漫漫长长的地质的地质年年代里代里，煤层瓦斯，煤层瓦斯由由深深 龈向龈向地地表流表流动动的的结结果果，，但但这种这种煤层瓦斯煤层瓦斯流流动动是是极极其其缓缓 慢慢的，在的，在采采矿工程中，矿工程中，研究研究煤层瓦斯煤层瓦斯流流动时动时，一，一般般忽忽 略略这种缓慢这种缓慢的瓦斯的瓦斯流流动。通动。通常常认认为，在为，在采掘采掘工作工作或或钻钻 孔孔未未影响到影响到的煤层，瓦斯的煤层，瓦斯处于处于平衡状态平衡状态，不，不会会发生瓦发生瓦 斯斯流流动。动。 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 2 2、、采掘采掘影响影响区区、、采掘采掘影响影响区区 由由于于采掘采掘破坏破坏了了原原有的瓦斯有的瓦斯压力压力平衡状态平衡状态，，引引起起 瓦斯瓦斯流流动动，，形形成瓦斯成瓦斯流流动动场场。。 应应响影响响影响煤层瓦斯煤层瓦斯流流动动 的因的因素素很很多多，，诸如诸如煤层煤层赋存赋存条件、瓦斯条件、瓦斯压力压力、、含含量、量、 煤层煤层透透气性气性以以及及采掘技术采掘技术条件条件等等等等，，但但主要影响主要影响因因素素 为瓦斯为瓦斯压力压力和煤层和煤层透透气性，气性，前者是前者是瓦斯瓦斯流流动动的的动力动力，， 后者是后者是瓦斯瓦斯流流动动的的阻阻力。力。 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.4 2.5.4 煤层瓦斯流动 方式煤层瓦斯流动 方式 ①① 当孔隙当孔隙直径直径为为10-5～～10-4时时，，由由于孔于孔径径大大于于瓦斯分子的瓦斯分子的平均自由平均自由程程 l0-5cm，瓦斯，瓦斯流流动动表现表现为为自由自由扩散扩散或慢或慢速速的层的层流流渗透渗透，，这这时时瓦斯瓦斯流流动动符符合合 费克费克或或达达西西定定律律。。 ②② 当孔隙当孔隙直径直径为为10-4～～210-4cm时时，瓦斯，瓦斯流流动动为层为层流流渗透渗透，，符符合合达达西西 定定律律。。 ③③ 当孔当孔径或可见裂径或可见裂隙隙宽宽度大度大于于 210-4cm时时，瓦斯，瓦斯流流动动表现表现为层为层流流渗渗 透透或或层层流流与与紊流紊流的的混合混合过过渡流渡流。。 ④④ 当孔隙当孔隙直径小直径小于于10-5cm时时，瓦斯，瓦斯流流动动属属于于分子分子扩散。扩散。 ⑤⑤ 当孔当孔径小径小于于310-7cm时时，，会会出出现现瓦斯瓦斯表面表面扩散扩散和和固体固体中的中的扩散。扩散。 煤层中上煤层中上述各述各种种瓦斯瓦斯流流动动形形式式是是同时存同时存在的，在的，但但为为了简了简化煤层瓦斯化煤层瓦斯流流 动动状态状态，，通通常常用用线线性性渗透渗透规律规律来来描述描述，，即认即认为煤层中瓦斯为煤层中瓦斯流流动动属属层层流流渗透渗透，， 即符即符合合达达西西定定律律。。 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.5 2.5.5 瓦斯流动场瓦斯流动场 瓦斯在煤层中瓦斯在煤层中由由高压高压流流向向低低压压，在煤层中，在煤层中即形即形成一成一定定 的的流流动动范范围围瓦斯瓦斯流流动动场场。。 从时从时间间因因素素来来看看从时从时间间因因素素来来看看流流动动类型类型可可分为分为稳稳定定流流动动和和非稳非稳定定 流流动动两两种种类型类型，，前者前者流流动动场场不不随时随时间间而而变变化，化，后者后者流流动动场场 随时随时间间而改而改变。变。煤层瓦斯煤层瓦斯流流动动属非稳属非稳定定流流动动类型类型。。 从从空空间间形形态态来来看看从从空空间间形形态态来来看看瓦斯瓦斯流流动动类型类型分为分为单单向向流流动动、、径径向向 流流动动和和球向球向流流动动三三种种类型类型。。 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.5 2.5.5 瓦斯流动场瓦斯流动场 一一一一 单单向向流流动动单单向向流流动动 单单向向流流动动的的特特点点是是煤层煤层 瓦斯瓦斯沿沿单单一一方方向向流流动动，，流流线线 相相互互平平行。行。 沿沿煤层煤层开掘开掘高高度大度大于于煤煤 层层厚厚度的度的巷道后巷道后，，巷道两侧巷道两侧 煤层中的瓦斯煤层中的瓦斯皆沿垂皆沿垂直直于于巷巷 道道的的方方向向流流动动，，这种流这种流动动属属 单单向向流流动。动。 煤层瓦斯煤层瓦斯单单向向流流动动 1－－瓦斯瓦斯流流线线，，2－－等等瓦斯瓦斯压力压力线线 2 1 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.5 2.5.5 瓦斯流动场瓦斯流动场 二二二二 径径向向流流动动径径向向流流动动 径径向向流流动动是是平面流平面流动。动。 径径向向流流动时动时，，等等瓦斯瓦斯压力压力线线 为一为一组组同同心圆心圆，瓦斯，瓦斯流流线沿线沿 圆圆的的径径向向发发展展。。 在煤矿井下，在煤矿井下，石门石门或或钻钻 孔孔垂垂直直揭穿揭穿煤层煤层时时，煤层中，煤层中 的瓦斯的瓦斯流流动动就就是是径径向向流流动。动。 煤层瓦斯煤层瓦斯径径向向流流动动 1－－瓦斯瓦斯流流线线，，2－－等等瓦斯瓦斯压力压力线线 1 2 2.5 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移 q2.5.5 2.5.5 瓦斯流动场瓦斯流动场 二二二二 球向球向流流动动球向球向流流动动 球向球向流流动动的的特特点点是是等等瓦斯瓦斯压力压力线线为一为一组组同同心球心球 状状，瓦斯，瓦斯流流线沿球线沿球的的径径向向发发展展。。在煤矿井下在煤矿井下属球向属球向 流流动动的的情况情况很很少少见见。。 石门揭石门揭特厚特厚煤层，煤层，特厚特厚煤层中的煤层中的掘掘进进面面迎迎头头和和 钻钻孔孔孔孔底底以以及煤及煤块块的瓦斯放的瓦斯放散等散等都都可可近似近似地地视视为为球球 向向流流动。动。 2.6 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 q2.6.1 2.6.1 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 1.矿井瓦斯矿井瓦斯涌涌出出 是是矿井在矿井在开开拓拓、、掘掘进、进、回回采采过程中，瓦斯过程中，瓦斯从从煤层煤层 或或岩层岩层涌涌向采掘向采掘空空间间的的现象现象。。 2.瓦斯瓦斯涌涌出来源煤层、岩层、出来源煤层、岩层、邻近邻近层层。。 3.绝对瓦斯绝对瓦斯涌涌出量出量m3/min或或m3/d 4.相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量出量m3/t 2.6 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 v绝对瓦斯绝对瓦斯涌涌出量出量Q 是是指指矿井在矿井在单位单位时时间间内涌内涌出的瓦斯出的瓦斯体体积，积，单位单位是是 m3/min或或m3/d。。 v相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量出量q 是是指指在矿井在矿井正常正常生产条件下生产条件下平均每平均每采采一一吨吨煤煤所涌所涌出出 的瓦斯的瓦斯体体积，积，单位单位是是m3/t。。 3 3 1440 min /min m /t; t/d qA Q q Q A − − − 相对瓦斯涌出量，； 绝对瓦斯涌出量， 矿井日产量，。 2.6 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 q2.6.2 2.6.2 矿井瓦斯涌出方式矿井瓦斯涌出方式 矿井瓦斯矿井瓦斯涌涌出出方式方式 特特除除涌涌出出普普通涌通涌出出 煤煤与与瓦斯瓦斯突突出出瓦斯瓦斯喷喷出出 由由采采落落煤炭和煤层煤炭和煤层 、岩层的、岩层的新新鲜暴鲜暴露露面面，， 通通过过孔隙孔隙、、裂裂隙隙，，缓慢缓慢 、、长时长时间间的的涌涌出出。。 采掘采掘时时，在，在极极短短的的时时间间 内内，瓦斯，瓦斯又又煤煤体体、、围围岩岩内内突突 然然、大量的、大量的涌涌出，有出，有时时还伴还伴 有煤有煤粉粉、煤、煤块块和岩和岩石石等。等。 瓦斯（瓦斯（CO2））喷喷 出出 从从煤煤体体或或岩岩体体 裂裂隙隙、、孔孔洞或洞或炮炮 眼眼中大量瓦斯（中大量瓦斯（ CO2））异异常常涌涌出的出的 现象现象。。在在20m巷道巷道 范范围内围内，，涌涌出瓦出瓦 斯量斯量≥≥1.0m3/min ，，且持续且持续时时间间在在 8h以以上上时时，，该该采采 掘掘区区即即定定为瓦斯为瓦斯 （（CO））喷喷出出危险危险 区区域域。。 2.6 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 q2.6.3 2.6.3 矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级 矿井瓦斯矿井瓦斯等等级划级划分分 高高瓦斯矿井瓦斯矿井低低瓦斯矿井瓦斯矿井 矿井矿井相相对对 瓦斯瓦斯涌涌出量出量 小小 于于 1 0 m3/t ，，且且矿井绝矿井绝 对瓦斯对瓦斯涌涌出出 量量 小小 于于 4 0 m3/min。。 矿井矿井相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量大出量大于于10m3/t或或矿井矿井 绝对瓦斯绝对瓦斯涌涌出量大出量大于于40m3/min。。 煤煤与与瓦斯瓦斯突突出矿井出矿井 发生 煤发生 煤 （岩）（岩）与与瓦瓦 斯斯突突出矿井出矿井 、、鉴鉴定定有煤有煤 与与瓦斯瓦斯突突出出 危险危险的矿井的矿井 。。 根据根据矿井矿井相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量、矿井绝出量、矿井绝 对瓦斯对瓦斯涌涌出量和瓦斯出量和瓦斯涌涌出出形形式式划划分为分为 低低瓦斯矿井中，瓦斯矿井中，相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量大出量大于于低低瓦斯矿井中，瓦斯矿井中，相相对瓦斯对瓦斯涌涌出量大出量大于于 1010m m 3 3 /t/t或或有瓦斯有瓦斯喷喷出的出的个别个别区区域域（（采采区或区或工作工作或或有瓦斯有瓦斯喷喷出的出的个别个别区区域域（（采采区或区或工作工作 面面）为）为高高瓦斯瓦斯区区，，该该区区按高按高瓦斯矿井瓦斯矿井管管理理。。面面）为）为高高瓦斯瓦斯区区，，该该区区按高按高瓦斯矿井瓦斯矿井管管理理。。 2.6 矿井瓦斯涌出矿井瓦斯涌出 矿井瓦斯矿井瓦斯等等级鉴级鉴定定 测测点点选择选择鉴鉴定时定时间间和和基本基本条件条件 在在七月七月或或八月八月上、中上、中 、下、下旬旬中中各各取取一一天天（（间间隔隔 10天天），分），分三三个班个班（（或或四四 个班个班）进）进行行测测定定工作工作。。被被 鉴鉴定定的矿井、煤层、水的矿井、煤层、水平平 或或采采区区的的回回采采产量产量应应达到达到 该该地地区区设计设计产量的产量的60％％。。 通通风风机的机的风硐风硐、、各各水水 平平、、各各煤层和煤层和各采各采区区的的回回 风风道道测风站测风站内。内。如如无无测风测风 站站，，可可选选取取断面断面规规整并整并无无 杂杂物物堆堆积的积的－－段段平直平直巷道巷道 做测做测点点。。 测测定内定内容容 测测 定 内定 内 容容 为为风风量和量和风风流流 中甲烷、二氧中甲烷、二氧 化碳化碳浓浓度度。。 生产矿井生产矿井每年每年必须必须进进行行矿井瓦矿井瓦 斯斯等等级鉴级鉴定定，，同时同时进进行行二氧化碳二氧化碳涌涌 出量的出量的测测定定，作为，作为核核定定和和调整风调整风量量 的的依据依据。。 新新井井没计没计前前，地，地勘勘部部门根门根 据据各各煤层的瓦斯煤层的瓦斯含含量量资料资料，，预预 测测矿井瓦斯矿井瓦斯等等级级，作为，作为计算风计算风 量的量的依据依据。。 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 q2.7.1 2.7.1 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 什么是煤与瓦斯突出什么是煤与瓦斯突出什么是煤与瓦斯突出什么是煤与瓦斯突出 煤煤与与瓦斯瓦斯突突出出是是发生在煤矿井下的一发生在煤矿井下的一种种复杂复杂的瓦斯的瓦斯 动力动力现象现象，，表现表现为在为在很很短短时时间间（（几秒几秒至数至数十秒十秒））内内，， 大量的煤（大量的煤（几吨几吨至数至数千吨千吨）和瓦斯（）和瓦斯（数数百百至数至数百万百万 米米））由由煤煤体体向采掘巷道向采掘巷道喷喷出，出，伴伴随着随着强强大的大的冲击冲击力力，， 破坏破坏煤煤壁壁，，摧摧毁毁巷道巷道，，使使风风流流逆逆转转，煤，煤流流埋埋人人，，甚甚至至 造造成成严严重的爆炸重的爆炸事故事故。。煤煤与与瓦斯瓦斯突突出出是是煤矿井下煤矿井下严严重重 的的自自然然灾害灾害之之一一。。 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 突突突突 出出出出 模模模模 拟拟拟拟 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 q2.7.1 2.7.1 煤与瓦斯突出分类煤与瓦斯突出分类 1.按按突突出出特特征征和成因分和成因分 l 煤煤与与瓦斯瓦斯突突出出突突出出 l 煤煤与与瓦斯瓦斯压压出出压压出出 l 煤煤与与瓦斯瓦斯倾倾出出倾倾出出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 突出特点突出特点 1突突出的煤出的煤可可抛抛出一出一定定距距离离，，由数由数米米到到数数十米十米，有，有时时煤煤拐弯抛拐弯抛出出 现象现象；； 2突突出煤出煤体体的的堆堆积积坡坡度度小小于于煤的煤的自自然然安息安息角角，，具具有有明显明显分分选选现现 象象；； 3煤煤体体破破碎碎程度程度高高，有大量，有大量粉粉煤和煤和极细极细粉粉尘尘；； 4伴伴随随大量瓦斯大量瓦斯涌涌出，出，采采区或总区或总回风回风流流中瓦斯中瓦斯浓浓度超限，度超限，甚甚至至出出 现现瓦斯瓦斯逆逆流流；； 5突突出出时时具具有有明显明显动力动力效效应应，，如如破坏破坏突突出出时时有有明显明显的的动力动力效效应应，， 如如破坏破坏井井巷巷设设施施、、推翻推翻矿矿车车、、搬搬运运巨巨石石等；等； 6突突出出后后的空的空洞洞多多数位数位于于巷道巷道上上方或方或上上偶偶角角，，形形状状多多为为口口小小腔腔大大 的的梨梨形形、、倒瓶倒瓶形形等。等。 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 压出特点压出特点 1压压出的煤出的煤抛抛出出距距离离很很近近，一，一般般为为23米米，，堆堆积积坡坡度度较小较小，有，有时时煤煤壁壁 整整体体位位移移，，使使工作工作面面煤煤壁壁鼓鼓出出或或巷道巷道底底部煤部煤体体鼓鼓起起；； 2压压出的煤出的煤多多为大为大块块或或碎碎块块状状，，无无分分选选现象现象。。 3发生发生压压出出前前工作工作面面压力压力显显现较现较为为明显明显，，支架折支架折断断、工作、工作面面掉碴掉碴、、响响煤煤 炮炮等；等； 4压压出出时时的瓦斯的瓦斯涌涌出量不大，不出量不大，不至至于于引引起采起采区区回风回风瓦斯超限，瓦斯超限，但但工作工作面面 回风回风瓦斯瓦斯浓浓度度可可短短时增高时增高或或超限，在超限，在正常正常通通风情况风情况下，下，很很快快就就可可恢恢复复正常正常，， 只只有有个别情况个别情况下下会会出出现现大量瓦斯大量瓦斯涌涌出出或或从从顶顶底底板板裂裂隙隙中中喷喷出瓦斯出瓦斯现象现象；； 5压压出出时动力时动力效效应应明显明显，，如如打倒打倒或或折折断断支架支架、、推走推走采掘采掘工作工作面面的的设设备备；； 6除除煤煤壁整壁整体体位位移移外，外，压压出出后后所所形形成的空成的空间间不不规规则则，有，有袋袋状状的，的，也也有有楔楔 形形或或缝缝形形的的。。 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 大大平平煤矿煤矿大大平平煤矿煤矿10.2010.20瓦斯瓦斯突突出出位位置剖置剖面图面图瓦斯瓦斯突突出出位位置剖置剖面图面图 10.20突突 出出位位置置 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 倾出特点倾出特点 1倾倾出的煤出的煤就近堆就近堆积在积在采掘采掘工作工作面面附附近近或正或正下下方方（上（上山山掘掘进工作进工作 面面），不），不显示显示气气体体搬搬运运特特征征；； 2倾倾出的煤出的煤堆堆积积坡坡度度近近于于或或等于等于煤的煤的自自然然安息安息角角，，无无分分选择选择现现 象象；； 3倾倾出的煤出的煤主要主要是是碎碎块块，，粉粉末末状状的煤的煤很很少；少； 4倾倾出出时时伴伴随涌随涌出大量瓦斯，出大量瓦斯，但但引引起采起采区区回风回风流流中瓦斯中瓦斯浓浓度超限度超限 的的时时间较间较短短，瓦斯，瓦斯影响影响范范围围仅仅在在本本工作工作面或面或本本采采区之区之内内，不出，不出现现瓦斯瓦斯 逆逆流现象流现象；； 5倾倾出出时动力时动力效效应应比煤和瓦斯比煤和瓦斯突突出出时时小小，，但但可可打垮打垮工作工作面面附附近近的的 支架支架；； 6倾倾出出多多发生在煤质发生在煤质松松散散和煤层和煤层倾角倾角和和厚厚度度较较大的大的情况情况下下；； 7倾倾出出后后的空的空洞洞形形状状是是口口大大腔腔小小，，多多沿沿煤层煤层倾倾斜斜方方向向延伸延伸。。 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 2.按按突突出出强强度分度分 l 小小型突型突出（出（＜＜50t）） l 中中型突型突出（出（≥≥50，，＜＜100t）） l 次次大大型突型突出（出（≥≥100，，＜＜500t）） l 大大型突型突出（出（≥≥500，，＜＜1000t）） l 特特大大型突型突出（出（≥≥1000t）） 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 3.按按突突出地点分出地点分 l石门石门突突出出 l平平巷突巷突出出 l上上山山突突出出 l下下山山突突出出 l回回采采工作工作面面突突出出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 4.按按参参与与突突出物出物种种类类分分 l 煤煤与与瓦斯瓦斯突突出出 l 岩岩石石与与瓦斯瓦斯突突出出 l 煤煤与与二氧化碳二氧化碳突突出出 l 岩岩石石与与二氧化碳二氧化碳突突出出 l 盐盐与与二氧化碳二氧化碳突突出出 l 煤、煤、盐盐和二氧化碳和二氧化碳突突出出 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 q2.7.2 2.7.2 煤与瓦斯始突深度煤与瓦斯始突深度 发生发生突突出的出的最小最小垂垂深深或或突突出上出上界界的的垂垂深深称称始突始突深深度度。。 l 抚顺老虎台抚顺老虎台、、本本溪红阳溪红阳二矿、二矿、淮淮南南谢谢三三矿矿500-600m。。 l 邵阳沙田邵阳沙田矿和矿和郴州罗卜安郴州罗卜安矿矿50-60m。。 l 北北方方深深南南方方浅浅。。 严重突出矿区严重突出矿区 北票、六枝、南桐、天府、芙北票、六枝、南桐、天府、芙 蓉、松藻、英岗岭、涟邵、白蓉、松藻、英岗岭、涟邵、白 沙、焦作、鸡西、阜新、沈阳沙、焦作、鸡西、阜新、沈阳 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 q2.7.3 2.7.3 煤与瓦斯突出机理煤与瓦斯突出机理 l 瓦斯瓦斯主主导导假说假说瓦斯瓦斯包说包说、瓦斯、瓦斯膨胀说膨胀说、、卸卸压压说说、瓦斯解、瓦斯解吸吸说说等等 l 地地压主压主导导假说假说集集中中应应力力说说、、应应力力叠叠加加说说、、顶顶底底板板不不均均匀匀说说、、拉拉 应应力力说说、、震震动动说说等等 l 化学化学本本质质说说煤煤变变质质引引发化学发化学反反应应，煤，煤体体爆炸爆炸 l 综综合合假说假说地地应应力力、瓦斯、煤、瓦斯、煤体体物理物理力力学性质学性质综综合合作用作用结结果果 2.7 煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出 q2.7.4 2.7.4 煤与瓦斯突出过程煤与瓦斯突出过程 l 准准备备阶段阶段 l 发发动阶段动阶段 l 扩扩展展阶段阶段 l 停止停止阶段阶段 能能量积量积聚聚，煤，煤休休处于处于临临界状态界状态 高高应应力力状态破坏状态破坏，，裂裂隙增加隙增加，解，解吸加吸加剧剧 弹弹性性能能和瓦斯和瓦斯使使煤煤体体迅迅速速破坏破坏，瓦斯，瓦斯抛抛出出 煤煤体体破坏破坏停止停止，瓦斯，瓦斯涌涌出出减减弱弱