第2講煤層瓦斯賦存

1、第二講第二講煤層瓦斯賦存煤層瓦斯賦存安全工程專(zhuān)業(yè)核心課程安全工程專(zhuān)業(yè)核心課程中國(guó)礦業(yè)大學(xué)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)安全工程學(xué)院安全工程學(xué)院20132013年年3 3月月程遠(yuǎn)平程遠(yuǎn)平 教授教授李李 偉偉 博士博士礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講課程目標(biāo)課程目標(biāo)一、了解煤層瓦斯的生成過(guò)程及成分一、了解煤層瓦斯的生成過(guò)程及成分二、掌握瓦斯的賦存狀態(tài)及煤層瓦斯的垂向分帶二、掌握瓦斯的賦存狀態(tài)及煤層瓦斯的垂向分帶三、了解煤的孔隙分類(lèi)、孔隙率及測(cè)定方法三、了解煤的孔隙分類(lèi)、孔隙率及測(cè)定方法四、掌握煤的吸附、解吸性能四、掌握煤的吸附、解吸性能五、掌握煤層瓦斯壓力的概念、測(cè)定原理及方法五、掌握煤層瓦斯壓力的概念

2、、測(cè)定原理及方法六、掌握煤層瓦斯含量的含義及影響因素六、掌握煤層瓦斯含量的含義及影響因素七、了解含瓦斯煤的力學(xué)及滲透性能七、了解含瓦斯煤的力學(xué)及滲透性能礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講章節(jié)提綱章節(jié)提綱一、煤層瓦斯的生成與組分一、煤層瓦斯的生成與組分二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能 六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力七、煤層瓦斯含量七、煤層瓦斯含量八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能第一部分第一部分 煤層瓦斯的生成與組分

3、煤層瓦斯的生成與組分礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講v我國(guó)煤礦每年以我國(guó)煤礦每年以101020m 20m 的速度向深部延的速度向深部延深，許多礦井開(kāi)采深度達(dá)到深，許多礦井開(kāi)采深度達(dá)到8008001200m1200m；v地應(yīng)力及瓦斯壓力不斷增加，造成我國(guó)煤地應(yīng)力及瓦斯壓力不斷增加，造成我國(guó)煤礦的煤與瓦斯突出災(zāi)害日趨嚴(yán)重。礦的煤與瓦斯突出災(zāi)害日趨嚴(yán)重。一、煤層瓦斯的生成與組分一、煤層瓦斯的生成與組分p瓦斯成氣過(guò)程瓦斯成氣過(guò)程煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物在成煤的過(guò)程中生成的。煤層瓦斯是腐植型有機(jī)物在成煤的過(guò)程中生成的。煤的原始母質(zhì)煤的原始母質(zhì)腐殖質(zhì)沉積以后，一般經(jīng)歷兩腐殖質(zhì)沉積以后，一般經(jīng)歷兩

4、個(gè)成氣時(shí)期：從植物遺體到泥炭屬于個(gè)成氣時(shí)期：從植物遺體到泥炭屬于生物化學(xué)成生物化學(xué)成氣時(shí)期氣時(shí)期；在地層的高壓高溫作用下從褐煤到煙煤；在地層的高壓高溫作用下從褐煤到煙煤直到無(wú)煙煤屬于直到無(wú)煙煤屬于煤化變質(zhì)作用成氣時(shí)期煤化變質(zhì)作用成氣時(shí)期。一、煤層瓦斯的生成與組分一、煤層瓦斯的生成與組分p瓦斯成氣過(guò)程瓦斯成氣過(guò)程植物死亡泥炭褐煤無(wú)煙煤煙煤埋藏堆積及泥炭化作用埋藏堆積及泥炭化作用煤化作用煤化作用氣體氣體 在煤化作用過(guò)程中，成煤物質(zhì)發(fā)生了復(fù)雜的在煤化作用過(guò)程中，成煤物質(zhì)發(fā)生了復(fù)雜的物理化學(xué)變化，揮發(fā)份含量和含水量減少，發(fā)熱物理化學(xué)變化，揮發(fā)份含量和含水量減少，發(fā)熱量和固定碳含量增加，同時(shí)也生成了以甲

5、烷為主量和固定碳含量增加，同時(shí)也生成了以甲烷為主的氣體。的氣體。一、煤層瓦斯的生成與組分一、煤層瓦斯的生成與組分p瓦斯成氣過(guò)程瓦斯成氣過(guò)程在植物沉積成煤初期的泥炭化過(guò)程中，在植物沉積成煤初期的泥炭化過(guò)程中，有機(jī)物在隔絕外部氧氣進(jìn)入和溫度不有機(jī)物在隔絕外部氧氣進(jìn)入和溫度不超過(guò)超過(guò)65的條件下，被厭氧微生物分的條件下，被厭氧微生物分解為解為CH4、CO2和和H2O。泥炭時(shí)期埋深。泥炭時(shí)期埋深不大，生成的瓦斯通過(guò)滲濾和擴(kuò)散排不大，生成的瓦斯通過(guò)滲濾和擴(kuò)散排放到大氣中，因此，生物化學(xué)作用產(chǎn)放到大氣中，因此，生物化學(xué)作用產(chǎn)生的瓦斯一般不會(huì)保留在煤層內(nèi)。生的瓦斯一般不會(huì)保留在煤層內(nèi)。 隨著煤系地層的沉降及

6、所處壓力和溫隨著煤系地層的沉降及所處壓力和溫度的增加，泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤度的增加，泥炭轉(zhuǎn)化為褐煤.有機(jī)物在有機(jī)物在高溫、高壓作用下，處于變質(zhì)造氣時(shí)高溫、高壓作用下，處于變質(zhì)造氣時(shí)期，揮發(fā)分減少，固定碳增加，生成期，揮發(fā)分減少，固定碳增加，生成的氣體主要為的氣體主要為CH4和和CO2。煤化過(guò)程中有機(jī)質(zhì)分解脫出甲基側(cè)鏈和含氧官能因而生煤化過(guò)程中有機(jī)質(zhì)分解脫出甲基側(cè)鏈和含氧官能因而生成成CO2、CH4、和和H2O是煤化過(guò)程中形成瓦斯的基本反應(yīng)，是煤化過(guò)程中形成瓦斯的基本反應(yīng)，可以用下列反應(yīng)式來(lái)表達(dá)不同煤化階段的成氣反應(yīng)：可以用下列反應(yīng)式來(lái)表達(dá)不同煤化階段的成氣反應(yīng)：稠環(huán)稠環(huán)側(cè)鏈側(cè)鏈一、煤層瓦斯的生成與組

7、分一、煤層瓦斯的生成與組分p煤化變質(zhì)作用煤化變質(zhì)作用時(shí)期瓦斯的生成時(shí)期瓦斯的生成 一、煤層瓦斯的生成與組分一、煤層瓦斯的生成與組分p煤層瓦斯成分煤層瓦斯成分煤層瓦斯有約煤層瓦斯有約2020種組分，其中甲烷及其同系物和二氧化碳種組分，其中甲烷及其同系物和二氧化碳是成煤過(guò)程的主要產(chǎn)物。當(dāng)煤層賦存深度大于瓦斯風(fēng)化是成煤過(guò)程的主要產(chǎn)物。當(dāng)煤層賦存深度大于瓦斯風(fēng)化帶深度時(shí)，煤層瓦斯的主要組分帶深度時(shí)，煤層瓦斯的主要組分（80%）是甲烷。是甲烷。 第二部分第二部分 煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存

8、狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯賦存狀態(tài)煤層瓦斯賦存狀態(tài)游離瓦斯游離瓦斯吸附瓦斯吸附瓦斯游離瓦斯游離瓦斯吸收狀態(tài)吸收狀態(tài)吸著狀態(tài)吸著狀態(tài)二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯賦存狀態(tài)煤層瓦斯賦存狀態(tài)煤中瓦斯的賦存狀態(tài)一般有煤中瓦斯的賦存狀態(tài)一般有吸附狀態(tài)吸附狀態(tài)和和游離狀態(tài)游離狀態(tài)2 2種。種。在煤層賦存的瓦斯量中，通常在煤層賦存的瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占吸附瓦斯量占80809090，游離瓦斯量占游離瓦斯量占10102020；游離瓦斯以自由氣體形式存在；游離瓦斯以自由氣體形式存在（孔徑大于（孔徑大于10nm10nm）內(nèi)；吸附瓦斯分為吸著狀態(tài)與吸收狀態(tài)；）內(nèi)；吸附瓦斯分

9、為吸著狀態(tài)與吸收狀態(tài)；在吸附瓦斯量中又以煤體表面吸著的瓦斯量占多數(shù)。在吸附瓦斯量中又以煤體表面吸著的瓦斯量占多數(shù)。二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯賦存狀態(tài)煤層瓦斯賦存狀態(tài) 煤是一種天然的吸附劑，具有良好的吸附性能。煤是一種天然的吸附劑，具有良好的吸附性能。 煤對(duì)瓦斯的吸附屬于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之間的作煤對(duì)瓦斯的吸附屬于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之間的作用力是剩余的表面自由力（范德華引力）。在一定條件下，用力是剩余的表面自由力（范德華引力）。在一定條件下，瓦斯還可以從煤中解吸出來(lái)，吸附與解吸是可逆的。瓦斯還可以從煤中解吸出來(lái)，吸附與解吸是可逆的。P

10、or tP or t游離狀態(tài)瓦斯游離狀態(tài)瓦斯吸附狀態(tài)瓦斯吸附狀態(tài)瓦斯二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯垂向分帶煤層瓦斯垂向分帶 形成原因形成原因：當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖當(dāng)煤層直達(dá)地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時(shí)，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中積層覆蓋時(shí)，由于煤層中瓦斯向上運(yùn)移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。瓦斯空氣-1000m-800m-600m-400m-200m15二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯垂向分帶煤層瓦斯

11、垂向分帶瓦斯風(fēng)化帶甲烷帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯垂向分帶煤層瓦斯垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶二、煤層瓦斯賦存狀態(tài)與垂向分帶p煤層瓦斯垂向分帶煤層瓦斯垂向分帶瓦斯風(fēng)化帶瓦斯風(fēng)化帶下部邊界確定下部邊界確定煤層內(nèi)的瓦斯壓力為煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.10.15MPa煤的瓦斯含量達(dá)到煤的瓦斯含量達(dá)到23 m3/t（煙煤）（煙煤）和和57 m3/t（無(wú)煙煤）（無(wú)煙煤）煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷組分含量達(dá)到煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷組分含量達(dá)到80%（體積比）（體積比）在瓦斯風(fēng)化帶開(kāi)采煤層時(shí)，煤層的相對(duì)在瓦斯風(fēng)化帶開(kāi)采煤層時(shí)，煤層的相對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到瓦斯涌出量達(dá)

12、到2m3/t氮?dú)舛趸紟?、氮?dú)鈳?、氮?dú)饧淄閹Ыy(tǒng)稱(chēng)為瓦斯風(fēng)化帶 第三部分第三部分 煤的孔隙特征煤的孔隙特征礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p煤的孔隙分類(lèi)煤的孔隙分類(lèi)按煤的組成及其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，煤中孔隙可以分為三種按煤的組成及其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，煤中孔隙可以分為三種: :宏觀(guān)孔隙是指可用肉眼分辨的層理、節(jié)理、劈理及次宏觀(guān)孔隙是指可用肉眼分辨的層理、節(jié)理、劈理及次 生裂隙等形成的孔隙。生裂隙等形成的孔隙。 顯微孔隙是指用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡能分辨的孔隙。顯微孔隙是指用光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡能分辨的孔隙。 分子孔隙指煤的分子結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的超微孔隙。分子孔隙指煤的分子結(jié)構(gòu)所

13、構(gòu)成的超微孔隙。 三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p煤的孔隙分類(lèi)煤的孔隙分類(lèi)三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p煤的孔隙分類(lèi)煤的孔隙分類(lèi)煤的變質(zhì)程度與孔隙的關(guān)系不同形態(tài)的孔示意圖對(duì)于煙煤，中等變質(zhì)程度的煤的總孔隙率較小、變對(duì)于煙煤，中等變質(zhì)程度的煤的總孔隙率較小、變質(zhì)程度較高和較低的煤總孔隙率較大。質(zhì)程度較高和較低的煤總孔隙率較大。 三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p煤的孔隙分類(lèi)煤的孔隙分類(lèi)三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p孔隙率孔隙率 煤的孔隙率就是孔隙的總體積與煤的總體積的比，煤的孔隙率就是孔隙的總體積與煤的總體積的比， 孔隙率是決定煤的吸附、滲透和強(qiáng)度性能的重要因素；孔隙率是決定煤的吸附、

14、滲透和強(qiáng)度性能的重要因素；通過(guò)孔隙率和瓦斯壓力的測(cè)定，可以計(jì)算出煤層中的游通過(guò)孔隙率和瓦斯壓力的測(cè)定，可以計(jì)算出煤層中的游離瓦斯量；此外，孔隙率的大小與煤中瓦斯流動(dòng)情況也離瓦斯量；此外，孔隙率的大小與煤中瓦斯流動(dòng)情況也有密切關(guān)系。有密切關(guān)系。1001100sddssVVVnVV三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p孔隙大小測(cè)定方法孔隙大小測(cè)定方法在煤的孔隙特征的研究中，較常見(jiàn)的研究方法有在煤的孔隙特征的研究中，較常見(jiàn)的研究方法有2 2種，即用種，即用掃描電子顯微鏡觀(guān)測(cè)煤表面孔隙特征、用壓汞法測(cè)定煤體孔掃描電子顯微鏡觀(guān)測(cè)煤表面孔隙特征、用壓汞法測(cè)定煤體孔隙大小。隙大小。壓汞法壓汞法：利用不同孔徑的孔

15、隙對(duì)壓入汞的阻力不同這一特性，：利用不同孔徑的孔隙對(duì)壓入汞的阻力不同這一特性，根據(jù)壓入汞的質(zhì)量和壓力，計(jì)算孔隙體積和半徑。根據(jù)壓入汞的質(zhì)量和壓力，計(jì)算孔隙體積和半徑。142cos10rp Pr73540三、煤的孔隙特征三、煤的孔隙特征p影響煤的孔隙特征的因素影響煤的孔隙特征的因素煤的變質(zhì)程度煤的變質(zhì)程度：隨煤化程度加深，總孔隙體積先減：隨煤化程度加深，總孔隙體積先減少，到焦煤、瘦煤達(dá)到最低，而后逐漸增加，至無(wú)煙少，到焦煤、瘦煤達(dá)到最低，而后逐漸增加，至無(wú)煙煤達(dá)最大。但微孔體積是隨煤化程度的增加一直增長(zhǎng)。煤達(dá)最大。但微孔體積是隨煤化程度的增加一直增長(zhǎng)。煤的破壞程度煤的破壞程度：破壞程度越高，煤的

16、滲透容積就越：破壞程度越高，煤的滲透容積就越大，但破壞程度對(duì)微孔影響不大。大，但破壞程度對(duì)微孔影響不大。地應(yīng)力地應(yīng)力：壓性的地應(yīng)力（壓應(yīng)力）可使?jié)B透容積縮：壓性的地應(yīng)力（壓應(yīng)力）可使?jié)B透容積縮小，壓應(yīng)力越高，煤體滲透容積縮小越多。而張性小，壓應(yīng)力越高，煤體滲透容積縮小越多。而張性應(yīng)力（張應(yīng)力）則可使裂隙張開(kāi)，從而使?jié)B透容積增大。應(yīng)力（張應(yīng)力）則可使裂隙張開(kāi)，從而使?jié)B透容積增大。目前最有效的區(qū)域瓦斯治理方法目前最有效的區(qū)域瓦斯治理方法：采動(dòng)卸壓瓦斯抽：采動(dòng)卸壓瓦斯抽采技術(shù)，正是利用降低地應(yīng)力來(lái)增加煤層滲透率。采技術(shù)，正是利用降低地應(yīng)力來(lái)增加煤層滲透率。 第四部分第四部分 煤的瓦斯吸附性能煤的瓦斯

17、吸附性能礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤對(duì)瓦斯的吸附煤對(duì)瓦斯的吸附 吸附吸附是一種界面現(xiàn)象，是物理吸附、化學(xué)吸附和吸收的總是一種界面現(xiàn)象，是物理吸附、化學(xué)吸附和吸收的總稱(chēng)。煤對(duì)瓦斯的吸附屬于物理吸附。吸附力為范德華力，稱(chēng)。煤對(duì)瓦斯的吸附屬于物理吸附。吸附力為范德華力，煤吸附瓦斯是可逆過(guò)程，煤吸附的瓦斯量和脫附時(shí)解吸的煤吸附瓦斯是可逆過(guò)程，煤吸附的瓦斯量和脫附時(shí)解吸的瓦斯量基本相同；瓦斯量基本相同； 煤中除表面吸附瓦斯外，還存在吸收狀態(tài)的瓦斯。所謂吸煤中除表面吸附瓦斯外，還存在吸收狀態(tài)的瓦斯。所謂吸收是指瓦斯分子更深入地進(jìn)入煤的微孔中，進(jìn)入

18、煤分子晶格之收是指瓦斯分子更深入地進(jìn)入煤的微孔中，進(jìn)入煤分子晶格之中，形成固溶體狀態(tài)。中，形成固溶體狀態(tài)。四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤的吸附等溫線(xiàn)煤的吸附等溫線(xiàn)煤的吸附性通常用煤的吸附等溫線(xiàn)表示。國(guó)內(nèi)外大量的煤的吸附性通常用煤的吸附等溫線(xiàn)表示。國(guó)內(nèi)外大量的試驗(yàn)表明，煤吸附瓦斯（甲烷）時(shí)，吸附等溫線(xiàn)符合朗試驗(yàn)表明，煤吸附瓦斯（甲烷）時(shí)，吸附等溫線(xiàn)符合朗格繆爾方程式：格繆爾方程式：bpabpX1四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤的瓦斯吸附飽和度煤的瓦斯吸附飽和度煤的瓦斯吸附飽和度是吸附瓦斯量與極限吸附瓦斯量之比。煤的瓦斯吸附飽和度是吸附瓦斯量與極限吸附瓦斯量之比。 1Xb

19、pCabp在同一瓦斯壓力下，吸附常數(shù)在同一瓦斯壓力下，吸附常數(shù)b b值越大，則吸附飽和度越大。值越大，則吸附飽和度越大。 四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤的吸附性與煤的變質(zhì)程度煤的吸附性與煤的變質(zhì)程度 大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤的吸附性與煤的變質(zhì)程度之間并不存在大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，煤的吸附性與煤的變質(zhì)程度之間并不存在單值聯(lián)系，但有一個(gè)總的趨勢(shì)，即在相同瓦斯壓力下，煤的吸單值聯(lián)系，但有一個(gè)總的趨勢(shì)，即在相同瓦斯壓力下，煤的吸附瓦斯量隨煤的變質(zhì)程度提高而增大。附瓦斯量隨煤的變質(zhì)程度提高而增大。 四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤的吸附性與煤的顯微組分煤的吸附性與煤的顯微組分煤對(duì)瓦斯吸附能力的

20、大小，除與煤的變質(zhì)程度有關(guān)外，還與煤煤對(duì)瓦斯吸附能力的大小，除與煤的變質(zhì)程度有關(guān)外，還與煤的有機(jī)顯微組分有關(guān)。煤的有機(jī)顯微組分包括鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組的有機(jī)顯微組分有關(guān)。煤的有機(jī)顯微組分包括鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和殼質(zhì)組三種。產(chǎn)氣能力殼和殼質(zhì)組三種。產(chǎn)氣能力殼 鏡鏡 惰質(zhì)組惰質(zhì)組。 不同鏡質(zhì)組含量煤的吸附瓦斯量實(shí)線(xiàn)：謝二礦B11-b煤層，Vdaf34；虛線(xiàn)：謝一礦B11-b煤層，Vdaf37。隨著鏡質(zhì)組含量的增加，隨著鏡質(zhì)組含量的增加，煤的吸附瓦斯量增大。煤的吸附瓦斯量增大。四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤的吸附性與溫度的關(guān)系煤的吸附性與溫度的關(guān)系煤的溫度對(duì)煤的吸附能力有顯著影響。在同一瓦斯壓力

21、下，溫煤的溫度對(duì)煤的吸附能力有顯著影響。在同一瓦斯壓力下，溫度越高，煤的吸附瓦斯量越小。度越高，煤的吸附瓦斯量越小。 11()n ttttXX ePn07. 0993. 002. 0四、煤的瓦斯吸附性能四、煤的瓦斯吸附性能p煤的吸附性與煤中水分的關(guān)系煤的吸附性與煤中水分的關(guān)系煤中水分以多種狀態(tài)存在著，但對(duì)煤吸附性影響最主要的煤中水分以多種狀態(tài)存在著，但對(duì)煤吸附性影響最主要的是吸附水分。由于煤對(duì)水蒸氣的吸附能力比對(duì)瓦斯的吸附是吸附水分。由于煤對(duì)水蒸氣的吸附能力比對(duì)瓦斯的吸附能力大得多，故煤中含水時(shí)，煤的吸附瓦斯量將明顯減小。能力大得多，故煤中含水時(shí)，煤的吸附瓦斯量將明顯減小。當(dāng)前，煤的吸附等溫線(xiàn)

22、測(cè)定通常是對(duì)干煤樣進(jìn)行的。當(dāng)前，煤的吸附等溫線(xiàn)測(cè)定通常是對(duì)干煤樣進(jìn)行的。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用的是愛(ài)琴格爾的經(jīng)驗(yàn)公式：當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍應(yīng)用的是愛(ài)琴格爾的經(jīng)驗(yàn)公式： 10.31dWXXW考慮煤變質(zhì)程度（揮發(fā)份）影響的水分與吸附瓦斯量的關(guān)系：考慮煤變質(zhì)程度（揮發(fā)份）影響的水分與吸附瓦斯量的關(guān)系：WVXXdw)0058. 010. 0(1化學(xué)結(jié)合水對(duì)吸附瓦斯量無(wú)影響，處于微孔隙呈吸附狀態(tài)的結(jié)合水化學(xué)結(jié)合水對(duì)吸附瓦斯量無(wú)影響，處于微孔隙呈吸附狀態(tài)的結(jié)合水對(duì)煤吸附性起主要作用。毛細(xì)水和游離水充塞大孔隙和毛細(xì)管中，對(duì)煤吸附性起主要作用。毛細(xì)水和游離水充塞大孔隙和毛細(xì)管中，可溶解微量瓦斯，但對(duì)吸附瓦斯量無(wú)顯著影響

23、。可溶解微量瓦斯，但對(duì)吸附瓦斯量無(wú)顯著影響。第五部分第五部分 煤的瓦斯解吸性能煤的瓦斯解吸性能礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p煤的瓦斯解吸條件煤的瓦斯解吸條件在井下掘進(jìn)巷道或進(jìn)行鉆孔施工時(shí)原來(lái)的應(yīng)力平衡受到破壞，在井下掘進(jìn)巷道或進(jìn)行鉆孔施工時(shí)原來(lái)的應(yīng)力平衡受到破壞，工作面或鉆孔周?chē)纬蓱?yīng)力集中，煤的圍巖產(chǎn)生細(xì)微裂隙和變工作面或鉆孔周?chē)纬蓱?yīng)力集中，煤的圍巖產(chǎn)生細(xì)微裂隙和變?nèi)酰瑢?dǎo)致煤層滲透性發(fā)生變化，即甲烷弱，導(dǎo)致煤層滲透性發(fā)生變化，即甲烷煤基吸附體系由于影煤基吸附體系由于影響吸附響吸附解吸平衡的條件發(fā)生變化時(shí)，破壞了吸附平衡狀態(tài)，解吸平衡的

24、條件發(fā)生變化時(shí)，破壞了吸附平衡狀態(tài)，吸附氣體轉(zhuǎn)化為游離態(tài)而脫離吸附體系，吸附吸附氣體轉(zhuǎn)化為游離態(tài)而脫離吸附體系，吸附解吸動(dòng)態(tài)平衡解吸動(dòng)態(tài)平衡體系中吸附量減少。體系中吸附量減少。絕大部分煤層瓦斯以物理吸附的形式賦存于煤的基質(zhì)孔隙中，絕大部分煤層瓦斯以物理吸附的形式賦存于煤的基質(zhì)孔隙中，當(dāng)煤儲(chǔ)層壓力降至臨界解吸壓力以下時(shí)，煤層瓦斯即開(kāi)始解吸，當(dāng)煤儲(chǔ)層壓力降至臨界解吸壓力以下時(shí)，煤層瓦斯即開(kāi)始解吸，由吸附態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)。由吸附態(tài)轉(zhuǎn)化為游離態(tài)。五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p 煤解吸煤解吸- -吸附瓦斯的過(guò)程吸附瓦斯的過(guò)程瓦斯和煤體表面接觸后，瓦斯氣體分子不能立即與所有瓦斯和煤體表面接觸后，

25、瓦斯氣體分子不能立即與所有的孔隙、裂隙表面接觸，在煤體中形成了瓦斯壓力梯度和的孔隙、裂隙表面接觸，在煤體中形成了瓦斯壓力梯度和濃度梯度。濃度梯度。 瓦斯壓力梯度引起滲透，其遵循達(dá)西定理，這種過(guò)程在瓦斯壓力梯度引起滲透，其遵循達(dá)西定理，這種過(guò)程在大的裂隙、孔隙系統(tǒng)面割理和端割理內(nèi)占優(yōu)勢(shì)；大的裂隙、孔隙系統(tǒng)面割理和端割理內(nèi)占優(yōu)勢(shì)；瓦斯氣體分子在其濃度梯度的作用下由高濃度向低濃度瓦斯氣體分子在其濃度梯度的作用下由高濃度向低濃度擴(kuò)散，這種過(guò)程在小孔與微孔系統(tǒng)內(nèi)占優(yōu)勢(shì)。擴(kuò)散，這種過(guò)程在小孔與微孔系統(tǒng)內(nèi)占優(yōu)勢(shì)。瓦斯氣體在向煤體深部進(jìn)行滲透瓦斯氣體在向煤體深部進(jìn)行滲透擴(kuò)散運(yùn)移的同時(shí)，與擴(kuò)散運(yùn)移的同時(shí)，與接觸

26、到的煤體孔隙、裂隙表面發(fā)生吸附和解吸。因此，就接觸到的煤體孔隙、裂隙表面發(fā)生吸附和解吸。因此，就整個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō)，是整個(gè)過(guò)程來(lái)說(shuō)，是滲透滲透擴(kuò)散擴(kuò)散、吸附吸附解吸解吸的綜合過(guò)程。的綜合過(guò)程。 煤基質(zhì)吸附甲烷過(guò)程示意圖煤基質(zhì)吸附甲烷過(guò)程示意圖 1吸附外擴(kuò)散；吸附外擴(kuò)散； 2吸附內(nèi)擴(kuò)散；吸附內(nèi)擴(kuò)散； 3吸附過(guò)程；吸附過(guò)程； 4解吸過(guò)程；解吸過(guò)程；5內(nèi)反擴(kuò)散過(guò)程；內(nèi)反擴(kuò)散過(guò)程；6外反擴(kuò)散過(guò)程外反擴(kuò)散過(guò)程（1 1）滲透過(guò)程是）滲透過(guò)程是吸附全過(guò)程的第一吸附全過(guò)程的第一步。在一定瓦斯壓步。在一定瓦斯壓力梯度下，瓦斯氣力梯度下，瓦斯氣體分子在煤體大孔體分子在煤體大孔系統(tǒng)（面割理和端系統(tǒng)（面割理和端割理）中滲透

27、，在割理）中滲透，在煤基質(zhì)外表面形成煤基質(zhì)外表面形成瓦斯氣體氣膜。瓦斯氣體氣膜。（2 2）外擴(kuò)散過(guò)程）外擴(kuò)散過(guò)程是指煤基質(zhì)外圍空是指煤基質(zhì)外圍空間的甲烷氣體分子間的甲烷氣體分子沿圖中符號(hào)沿圖中符號(hào)“1”1”穿過(guò)氣膜，擴(kuò)散到穿過(guò)氣膜，擴(kuò)散到煤基質(zhì)表面的過(guò)程。煤基質(zhì)表面的過(guò)程。（3 3）內(nèi)擴(kuò)散的過(guò)）內(nèi)擴(kuò)散的過(guò)程是指瓦斯氣體程是指瓦斯氣體分子沿著符號(hào)分子沿著符號(hào)“2”2”進(jìn)入煤基質(zhì)微孔進(jìn)入煤基質(zhì)微孔穴中，擴(kuò)散到煤穴中，擴(kuò)散到煤基質(zhì)內(nèi)表面的過(guò)基質(zhì)內(nèi)表面的過(guò)程。程。（4 4）吸附過(guò)程經(jīng)）吸附過(guò)程經(jīng)過(guò)過(guò)“外擴(kuò)散外擴(kuò)散”、“內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散”而到而到達(dá)達(dá)“煤基質(zhì)內(nèi)表煤基質(zhì)內(nèi)表面面”的瓦斯氣體的瓦斯氣體分子，如符

28、號(hào)分子，如符號(hào)“3”3”所示煤基質(zhì)吸附所示煤基質(zhì)吸附的過(guò)程。的過(guò)程。（5 5）解吸過(guò)程在）解吸過(guò)程在進(jìn)行上述進(jìn)行上述“1 1、2 2、3”3”吸附過(guò)程的同吸附過(guò)程的同時(shí)還伴有部分被解時(shí)還伴有部分被解吸的甲烷氣體分子，吸的甲烷氣體分子，離開(kāi)煤基質(zhì)的內(nèi)孔離開(kāi)煤基質(zhì)的內(nèi)孔表面和外表面，沿表面和外表面，沿圖中符號(hào)圖中符號(hào)“4”4”進(jìn)進(jìn)入甲烷氣膜層的過(guò)入甲烷氣膜層的過(guò)程。程。（6 6）內(nèi)孔中甲烷）內(nèi)孔中甲烷氣體分子的反擴(kuò)散氣體分子的反擴(kuò)散過(guò)程，是指經(jīng)解吸過(guò)程，是指經(jīng)解吸過(guò)程進(jìn)入甲烷氣體過(guò)程進(jìn)入甲烷氣體氣膜內(nèi)以符號(hào)氣膜內(nèi)以符號(hào)“5”5”方向擴(kuò)散到煤基質(zhì)方向擴(kuò)散到煤基質(zhì)外表面進(jìn)入瓦斯氣外表面進(jìn)入瓦斯氣體氣相

29、主體的過(guò)程。體氣相主體的過(guò)程。（7 7）煤基質(zhì)外表）煤基質(zhì)外表面反擴(kuò)散過(guò)程，是面反擴(kuò)散過(guò)程，是指經(jīng)解吸過(guò)程進(jìn)入指經(jīng)解吸過(guò)程進(jìn)入煤基質(zhì)外表面瓦斯煤基質(zhì)外表面瓦斯氣體膜以符號(hào)氣體膜以符號(hào)“6”6”方向擴(kuò)散到瓦斯氣方向擴(kuò)散到瓦斯氣體相主體中的過(guò)程。體相主體中的過(guò)程。五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p 煤解吸煤解吸- -吸附瓦斯的過(guò)程吸附瓦斯的過(guò)程五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p影響瓦斯解吸的因素影響瓦斯解吸的因素l瓦斯壓力的影響瓦斯壓力的影響 煤的原始瓦斯壓力不但表征煤中瓦煤的原始瓦斯壓力不但表征煤中瓦斯含量的大小，而且提供煤中瓦斯脫斯含量的大小，而且提供煤中瓦斯脫附所需動(dòng)力。附所

30、需動(dòng)力。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)解吸瓦斯量逐漸增隨著時(shí)間的延長(zhǎng)解吸瓦斯量逐漸增加，解吸速度逐漸變小。初始時(shí)刻，加，解吸速度逐漸變小。初始時(shí)刻，瓦斯解吸速度很大，并且衰減快。不瓦斯解吸速度很大，并且衰減快。不同平衡吸附壓力下，解吸曲線(xiàn)不同，同平衡吸附壓力下，解吸曲線(xiàn)不同，同一解吸時(shí)間區(qū)間內(nèi)，吸附平衡壓力同一解吸時(shí)間區(qū)間內(nèi)，吸附平衡壓力越高，解吸瓦斯量越大。越高，解吸瓦斯量越大。五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p影響瓦斯解吸的因素影響瓦斯解吸的因素l煤的破壞類(lèi)型煤的破壞類(lèi)型在相同的吸附平衡壓力下，強(qiáng)烈破壞煤向空氣在相同的吸附平衡壓力下，強(qiáng)烈破壞煤向空氣介質(zhì)中卸壓釋放瓦斯的初速度以及在給定解吸時(shí)介質(zhì)中

31、卸壓釋放瓦斯的初速度以及在給定解吸時(shí)間內(nèi)的累計(jì)解吸瓦斯量均大于輕度破壞煤。間內(nèi)的累計(jì)解吸瓦斯量均大于輕度破壞煤。同一變質(zhì)程度的煤層而言，強(qiáng)烈破壞煤和輕度同一變質(zhì)程度的煤層而言，強(qiáng)烈破壞煤和輕度破壞煤雖然吸附常數(shù)破壞煤雖然吸附常數(shù)a a值相差不多，但前者的值相差不多，但前者的b b值值比后者的比后者的b b值大許多。值大許多。40五、煤的瓦斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p影響瓦斯解吸的因素影響瓦斯解吸的因素l煤的粒度煤的粒度 采樣地點(diǎn)和吸附平衡壓力相同的條件下，粒度越小，瓦斯解吸總量越采樣地點(diǎn)和吸附平衡壓力相同的條件下，粒度越小，瓦斯解吸總量越大；大； 無(wú)論何種粒度的煤樣，其瓦斯解吸總量與時(shí)間的

32、關(guān)系曲線(xiàn)屬于有無(wú)論何種粒度的煤樣，其瓦斯解吸總量與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)屬于有上限單調(diào)增函數(shù)；上限單調(diào)增函數(shù)； 試樣的瓦斯解吸總量曲線(xiàn)存在一條最大水平漸近線(xiàn)試樣的瓦斯解吸總量曲線(xiàn)存在一條最大水平漸近線(xiàn)和若干條極值水平漸近線(xiàn)；對(duì)相同煤質(zhì)、相同破壞類(lèi)型的煤樣而言，和若干條極值水平漸近線(xiàn)；對(duì)相同煤質(zhì)、相同破壞類(lèi)型的煤樣而言，粒度的大小反映解吸出來(lái)的路徑長(zhǎng)短和阻力大小。粒度的大小反映解吸出來(lái)的路徑長(zhǎng)短和阻力大小。 煤的最小自然粒徑煤的最小自然粒徑。煤樣粒度的大小首先會(huì)影響煤的總表面積，其次影響氣煤樣粒度的大小首先會(huì)影響煤的總表面積，其次影響氣體分子進(jìn)入到煤粒內(nèi)部的孔隙。體分子進(jìn)入到煤粒內(nèi)部的孔隙。 五、煤的瓦

33、斯解吸性能五、煤的瓦斯解吸性能p影響瓦斯解吸的因素影響瓦斯解吸的因素l煤的內(nèi)在水分煤的內(nèi)在水分l溫度的影響溫度的影響煤對(duì)瓦斯的解吸能力隨著水分含量的增加而降低，煤對(duì)瓦斯的解吸能力隨著水分含量的增加而降低，直到臨界水分含量為止。水分作為阻止吸附與解吸直到臨界水分含量為止。水分作為阻止吸附與解吸瓦斯的因素之一，水分越大，煤中解吸或吸附瓦斯瓦斯的因素之一，水分越大，煤中解吸或吸附瓦斯的強(qiáng)度會(huì)越小。的強(qiáng)度會(huì)越小。 其它條件一定時(shí)，煤基質(zhì)溫度越高，瓦斯解吸速度其它條件一定時(shí)，煤基質(zhì)溫度越高，瓦斯解吸速度和解吸量就越大。和解吸量就越大。 第六部分第六部分 煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課

34、程第二講課程第二講六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p基本概念基本概念煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是指煤層孔隙內(nèi)氣體分子自由熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的作是指煤層孔隙內(nèi)氣體分子自由熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的作用力，由游離瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的壓力。用力，由游離瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的壓力。煤層原始瓦斯壓力煤層原始瓦斯壓力是指煤層未受采動(dòng)、瓦斯抽采及人為卸壓等是指煤層未受采動(dòng)、瓦斯抽采及人為卸壓等影響處的煤層瓦斯壓力；煤層殘存瓦斯壓力是指煤層受采動(dòng)、瓦影響處的煤層瓦斯壓力；煤層殘存瓦斯壓力是指煤層受采動(dòng)、瓦斯抽采及人為卸壓等影響后殘存的瓦斯呈現(xiàn)的壓力；煤層瓦斯壓斯抽采及人為卸壓等影響后殘存的瓦斯呈現(xiàn)的壓力；煤層瓦

35、斯壓力單位為力單位為MPaMPa。煤層瓦斯壓力是評(píng)價(jià)煤層突出危險(xiǎn)性與決定煤層瓦斯含量的一煤層瓦斯壓力是評(píng)價(jià)煤層突出危險(xiǎn)性與決定煤層瓦斯含量的一個(gè)重要指標(biāo)。個(gè)重要指標(biāo)。煤層瓦斯壓力的大小取決于煤生成后，煤層瓦斯的排放條件，煤層瓦斯壓力的大小取決于煤生成后，煤層瓦斯的排放條件，它除與覆蓋層厚度和透氣性、煤層透氣性及煤地質(zhì)構(gòu)造條件有關(guān)它除與覆蓋層厚度和透氣性、煤層透氣性及煤地質(zhì)構(gòu)造條件有關(guān)外，且同覆蓋層的含水性密切相關(guān)。外，且同覆蓋層的含水性密切相關(guān)。44六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p分布規(guī)律分布規(guī)律賦存在煤層中的瓦斯表現(xiàn)賦存在煤層中的瓦斯表現(xiàn)垂向分帶垂向分帶特征，一般可以分為瓦斯風(fēng)化帶特征，一

36、般可以分為瓦斯風(fēng)化帶與甲烷帶。與甲烷帶。風(fēng)化帶內(nèi)瓦斯含量與瓦斯壓力較小，風(fēng)化帶下部邊界條件中瓦斯壓風(fēng)化帶內(nèi)瓦斯含量與瓦斯壓力較小，風(fēng)化帶下部邊界條件中瓦斯壓力為力為0.150.150.2MPa0.2MPa；甲烷帶內(nèi)，煤層的瓦斯壓力隨深度增加而增加，瓦斯壓力梯度隨地甲烷帶內(nèi)，煤層的瓦斯壓力隨深度增加而增加，瓦斯壓力梯度隨地質(zhì)條件而異，在地質(zhì)條件相近的地質(zhì)塊段，相同深度的同一煤層具有質(zhì)條件而異，在地質(zhì)條件相近的地質(zhì)塊段，相同深度的同一煤層具有大體相同的瓦斯壓力，多數(shù)煤層瓦斯壓力隨埋深呈線(xiàn)性增加。大體相同的瓦斯壓力，多數(shù)煤層瓦斯壓力隨埋深呈線(xiàn)性增加。 45六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p測(cè)定原理測(cè)

37、定原理 煤層瓦斯壓力井下直接測(cè)定法測(cè)定原理是通過(guò)鉆孔揭露煤層，安設(shè)煤層瓦斯壓力井下直接測(cè)定法測(cè)定原理是通過(guò)鉆孔揭露煤層，安設(shè)測(cè)定儀表并密封鉆孔，利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測(cè)定在鉆孔揭露測(cè)定儀表并密封鉆孔，利用煤層中瓦斯的自然滲透原理測(cè)定在鉆孔揭露處達(dá)到平衡的瓦斯壓力。具體的說(shuō)是：當(dāng)施工穿層鉆孔測(cè)定煤層瓦斯壓處達(dá)到平衡的瓦斯壓力。具體的說(shuō)是：當(dāng)施工穿層鉆孔測(cè)定煤層瓦斯壓力時(shí)，由于鉆桿的擾動(dòng)，在鉆孔周?chē)鷰r石中形成了裂隙發(fā)育的松動(dòng)圈，力時(shí)，由于鉆桿的擾動(dòng)，在鉆孔周?chē)鷰r石中形成了裂隙發(fā)育的松動(dòng)圈，采用封孔材料進(jìn)行松動(dòng)圈和鉆孔的封堵后，在煤層內(nèi)形成測(cè)壓室，煤層采用封孔材料進(jìn)行松動(dòng)圈和鉆孔的封堵后，在煤

38、層內(nèi)形成測(cè)壓室，煤層瓦斯通過(guò)測(cè)壓管與壓力表導(dǎo)通，測(cè)壓室周?chē)鸁o(wú)限大空間煤體內(nèi)的瓦斯不瓦斯通過(guò)測(cè)壓管與壓力表導(dǎo)通，測(cè)壓室周?chē)鸁o(wú)限大空間煤體內(nèi)的瓦斯不斷向測(cè)壓室運(yùn)移，保證打鉆過(guò)程和封孔后凝固時(shí)期（一般為斷向測(cè)壓室運(yùn)移，保證打鉆過(guò)程和封孔后凝固時(shí)期（一般為24h）逸散）逸散的瓦斯通過(guò)周?chē)鲌?chǎng)的流動(dòng)補(bǔ)充，最終平衡，達(dá)到煤層的原始瓦斯壓力的瓦斯通過(guò)周?chē)鲌?chǎng)的流動(dòng)補(bǔ)充，最終平衡，達(dá)到煤層的原始瓦斯壓力 。六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p測(cè)定方法分類(lèi)測(cè)定方法分類(lèi)按測(cè)壓方式分類(lèi)按測(cè)壓方式分類(lèi) 按測(cè)壓時(shí)是否向測(cè)壓鉆孔內(nèi)注入補(bǔ)償氣體，測(cè)定方法可分按測(cè)壓時(shí)是否向測(cè)壓鉆孔內(nèi)注入補(bǔ)償氣體，測(cè)定方法可分為為主動(dòng)測(cè)壓法主動(dòng)

39、測(cè)壓法和和被動(dòng)測(cè)壓法被動(dòng)測(cè)壓法。按封孔方法及材料分類(lèi)按封孔方法及材料分類(lèi) 按測(cè)壓鉆孔封孔材料的不同，測(cè)定方法可分為黃泥（黏土）按測(cè)壓鉆孔封孔材料的不同，測(cè)定方法可分為黃泥（黏土）封孔法、水泥砂漿封孔法、膠圈封孔器法、膠圈封孔法、水泥砂漿封孔法、膠圈封孔器法、膠圈- -壓力黏液封壓力黏液封孔法、膠囊孔法、膠囊- -壓力黏液封孔法及聚氨酯泡沫封孔法等；按測(cè)壓壓力黏液封孔法及聚氨酯泡沫封孔法等；按測(cè)壓封孔方法的不同，測(cè)定方法可分為填料法和封孔器法兩類(lèi)，其封孔方法的不同，測(cè)定方法可分為填料法和封孔器法兩類(lèi)，其中根據(jù)封孔器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，封孔器分為膠圈、膠囊和膠圈中根據(jù)封孔器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，封孔器分為膠圈、膠囊

40、和膠圈- -黏黏液等幾種方法。液等幾種方法。六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p井下直接測(cè)定方法井下直接測(cè)定方法填料封孔法（黃泥、黏土封孔）填料封孔法（黃泥、黏土封孔） 填料法封孔的優(yōu)點(diǎn)是不需要特殊裝置，密封長(zhǎng)度大，填料法封孔的優(yōu)點(diǎn)是不需要特殊裝置，密封長(zhǎng)度大，密封質(zhì)量可靠。缺點(diǎn)是人工封孔長(zhǎng)度短，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。密封質(zhì)量可靠。缺點(diǎn)是人工封孔長(zhǎng)度短，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。 六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p井下直接測(cè)定方法井下直接測(cè)定方法注漿封孔測(cè)壓法注漿封孔測(cè)壓法 注漿封孔測(cè)壓法是目前注漿封孔測(cè)壓法是目前應(yīng)用最廣泛的一種封孔應(yīng)用最廣泛的一種封孔方法，適應(yīng)于井下各種方法，適應(yīng)于井下各種情況下的封孔。注漿泵情況下的封

41、孔。注漿泵一般采用柱塞注漿泵，一般采用柱塞注漿泵，封孔材料一般采用膨脹封孔材料一般采用膨脹不收縮水泥漿（一般由不收縮水泥漿（一般由膨脹劑、水泥和水按一膨脹劑、水泥和水按一定比例制成），測(cè)壓管定比例制成），測(cè)壓管一般采用銅管、高壓軟一般采用銅管、高壓軟管或無(wú)縫鋼管。管或無(wú)縫鋼管。 六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p井下直接測(cè)定方法井下直接測(cè)定方法l封孔器封孔封孔器封孔膠圈封孔器膠圈封孔器 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，封孔器可重復(fù)使用；缺點(diǎn)是封孔深度優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單易行，封孔器可重復(fù)使用；缺點(diǎn)是封孔深度小，且要求封孔段巖石必須致密、完整。小，且要求封孔段巖石必須致密、完整。六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p井下直接

42、測(cè)定方法井下直接測(cè)定方法l封孔器封孔封孔器封孔膠圈膠圈壓力黏液封孔器壓力黏液封孔器 優(yōu)點(diǎn)：一是增大了封孔段的長(zhǎng)度；二是壓力黏液可滲入封孔段巖優(yōu)點(diǎn)：一是增大了封孔段的長(zhǎng)度；二是壓力黏液可滲入封孔段巖（煤）體的裂隙，增大了密封效果。（煤）體的裂隙，增大了密封效果。 六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力 通過(guò)對(duì)重慶、北票、湖南等礦區(qū)的突出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力通過(guò)對(duì)重慶、北票、湖南等礦區(qū)的突出實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)瓦斯壓力隨埋深變化線(xiàn)一般靠近靜水壓力線(xiàn)分布（圖隨埋深變化線(xiàn)一般靠近靜水壓力線(xiàn)分布（圖5中直線(xiàn)中直線(xiàn)OC），并將煤層瓦斯壓），并將煤層瓦斯壓力隨深度的變化可歸結(jié)為兩個(gè)類(lèi)型。第一種類(lèi)型是：

43、瓦斯壓力梯度力隨深度的變化可歸結(jié)為兩個(gè)類(lèi)型。第一種類(lèi)型是：瓦斯壓力梯度0.01MPa/m（圖（圖5中直中直線(xiàn)線(xiàn)AB），這時(shí)隨著深度增大，煤層瓦斯壓力將越來(lái)越接近煤層極限瓦斯壓力），這時(shí)隨著深度增大，煤層瓦斯壓力將越來(lái)越接近煤層極限瓦斯壓力。交點(diǎn)。交點(diǎn)B的深度的深度Hf為瓦斯壓力的極限深度。超過(guò)這個(gè)深度后，瓦斯壓力將按為瓦斯壓力的極限深度。超過(guò)這個(gè)深度后，瓦斯壓力將按煤層極限瓦斯壓力分布線(xiàn)（煤層極限瓦斯壓力分布線(xiàn)（BC線(xiàn)）而變化。線(xiàn)）而變化。應(yīng)當(dāng)指出在某些地質(zhì)應(yīng)當(dāng)指出在某些地質(zhì)條件局部變化區(qū)域，條件局部變化區(qū)域，如覆蓋巖層性質(zhì)改變、如覆蓋巖層性質(zhì)改變、巖漿巖侵蝕、開(kāi)放式巖漿巖侵蝕、開(kāi)放式的大斷層

44、附近等，煤的大斷層附近等，煤層瓦斯壓力將會(huì)較大層瓦斯壓力將會(huì)較大的偏離直線(xiàn)規(guī)律。的偏離直線(xiàn)規(guī)律。 p分布規(guī)律分布規(guī)律52六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p存在的問(wèn)題存在的問(wèn)題 礦井生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，由于測(cè)試鉆孔的巖性條礦井生產(chǎn)過(guò)程中的瓦斯壓力實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，由于測(cè)試鉆孔的巖性條件、封孔效果、煤層瓦斯賦存的不均勻性，煤層瓦斯壓力測(cè)試結(jié)果件、封孔效果、煤層瓦斯賦存的不均勻性，煤層瓦斯壓力測(cè)試結(jié)果本身無(wú)法保證為真實(shí)數(shù)值，大多數(shù)情況下均有誤差，數(shù)據(jù)的本身無(wú)法保證為真實(shí)數(shù)值，大多數(shù)情況下均有誤差，數(shù)據(jù)的離散化離散化程度程度較高，無(wú)法滿(mǎn)足回歸的要求，因此其不具備采用回歸方法的前較高，無(wú)法滿(mǎn)足回歸的要

45、求，因此其不具備采用回歸方法的前提條件，此時(shí)再采用一元線(xiàn)性回歸或者多項(xiàng)式回歸進(jìn)行預(yù)測(cè)將存在提條件，此時(shí)再采用一元線(xiàn)性回歸或者多項(xiàng)式回歸進(jìn)行預(yù)測(cè)將存在很大的安全隱患，采用回歸方法將會(huì)使許多深部標(biāo)高對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)壓很大的安全隱患，采用回歸方法將會(huì)使許多深部標(biāo)高對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)壓力小于真實(shí)測(cè)定的瓦斯壓力，瓦斯壓力曲線(xiàn)將大大遠(yuǎn)離極限壓力曲力小于真實(shí)測(cè)定的瓦斯壓力，瓦斯壓力曲線(xiàn)將大大遠(yuǎn)離極限壓力曲線(xiàn)，此時(shí)若采用該預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)采取措施消突與校檢，理論上線(xiàn)，此時(shí)若采用該預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行指導(dǎo)采取措施消突與校檢，理論上達(dá)到了消突標(biāo)準(zhǔn)（達(dá)到了消突標(biāo)準(zhǔn)（0.74MPa、8m3/t）以下，可是實(shí)際仍然大于該標(biāo)）以下，可是實(shí)際仍

46、然大于該標(biāo)準(zhǔn)。因此該方法對(duì)于煤礦這種危險(xiǎn)程度大，要求安全可靠性強(qiáng)的企準(zhǔn)。因此該方法對(duì)于煤礦這種危險(xiǎn)程度大，要求安全可靠性強(qiáng)的企業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)瓦斯壓力的預(yù)測(cè)不應(yīng)采用該方法。業(yè)，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)瓦斯壓力的預(yù)測(cè)不應(yīng)采用該方法?；貧w方法常常可以應(yīng)用來(lái)做描述、控制、預(yù)測(cè)等相關(guān)工作，概念容易且?；貧w方法常?？梢詰?yīng)用來(lái)做描述、控制、預(yù)測(cè)等相關(guān)工作，概念容易且模式好用，概念容易且模式好用，但其要求預(yù)測(cè)式好用，概念容易且模式好用，但其要求預(yù)測(cè)變數(shù)須為連續(xù)性變數(shù)須為連續(xù)性，殘差須有，殘差須有常態(tài)性、獨(dú)立性、同質(zhì)性等特性。常態(tài)性、獨(dú)立性、同質(zhì)性等特性。 六、煤層瓦斯壓力六、煤層瓦斯壓力p安全線(xiàn)圖解法安全線(xiàn)圖解法該方法

47、對(duì)大量生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)定瓦該方法對(duì)大量生產(chǎn)過(guò)程中測(cè)定瓦斯壓力值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排除由斯壓力值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，排除由于承壓水等因素導(dǎo)致的數(shù)值較大于承壓水等因素導(dǎo)致的數(shù)值較大的異常測(cè)點(diǎn)，然后選取其中兩個(gè)的異常測(cè)點(diǎn)，然后選取其中兩個(gè)真實(shí)的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性連接，做真實(shí)的標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行線(xiàn)性連接，做出安全線(xiàn)，使除異常點(diǎn)外的其余出安全線(xiàn)，使除異常點(diǎn)外的其余部分測(cè)點(diǎn)均在該直線(xiàn)以下。部分測(cè)點(diǎn)均在該直線(xiàn)以下。 標(biāo)志點(diǎn)需要結(jié)合風(fēng)化帶下限臨界值（風(fēng)化帶下部邊界條件中瓦斯壓力為標(biāo)志點(diǎn)需要結(jié)合風(fēng)化帶下限臨界值（風(fēng)化帶下部邊界條件中瓦斯壓力為P0.150.2MPa）。）。在無(wú)法找到兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)時(shí)，充分考慮風(fēng)化帶下限臨界值點(diǎn)，選擇一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)

48、，取靜水壓在無(wú)法找到兩個(gè)標(biāo)志點(diǎn)時(shí)，充分考慮風(fēng)化帶下限臨界值點(diǎn)，選擇一個(gè)標(biāo)志點(diǎn)，取靜水壓力梯度（力梯度（0.01MPa/hm）作為瓦斯壓力梯度做出安全線(xiàn)，并應(yīng)滿(mǎn)足除異常點(diǎn)外的其余部分）作為瓦斯壓力梯度做出安全線(xiàn)，并應(yīng)滿(mǎn)足除異常點(diǎn)外的其余部分測(cè)點(diǎn)均在該直線(xiàn)以下。測(cè)點(diǎn)均在該直線(xiàn)以下。由于測(cè)壓環(huán)境及封孔質(zhì)量影響，導(dǎo)致深部水平部分測(cè)定的壓力值較低，不符合深部瓦斯由于測(cè)壓環(huán)境及封孔質(zhì)量影響，導(dǎo)致深部水平部分測(cè)定的壓力值較低，不符合深部瓦斯壓力變化基本規(guī)律，不能作為標(biāo)志點(diǎn)予以采用。壓力變化基本規(guī)律，不能作為標(biāo)志點(diǎn)予以采用。根據(jù)預(yù)測(cè)的瓦斯壓力隨埋深的變化斜率還要近似符合下列關(guān)系：一般斜率變化處于根據(jù)預(yù)測(cè)的瓦斯

49、壓力隨埋深的變化斜率還要近似符合下列關(guān)系：一般斜率變化處于0.010.005范圍內(nèi)。（無(wú)特殊構(gòu)造情況）范圍內(nèi)。（無(wú)特殊構(gòu)造情況）第七部分第七部分 煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講七、煤層瓦斯含量七、煤層瓦斯含量p含義含義煤層煤層瓦斯含量瓦斯含量間接法間接法直接法直接法游離瓦斯量游離瓦斯量吸附瓦斯量吸附瓦斯量損失瓦斯量損失瓦斯量解吸瓦斯量解吸瓦斯量殘存瓦斯量殘存瓦斯量00/()yXVpTTp0()1(100)(1)(1 0.31)100n ttxabPA WXebPW經(jīng)驗(yàn)公式反算經(jīng)驗(yàn)公式反算采用瓦斯解吸儀采用瓦斯解吸儀采用真空脫氣裝置采用真空脫氣裝置 單位質(zhì)量

50、煤中所含的瓦斯體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的單位質(zhì)量煤中所含的瓦斯體積（換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積，單位是體積，單位是m m3 3/t/t或或mL/gmL/g。七、煤層瓦斯含量七、煤層瓦斯含量p含義含義l 原始瓦斯含量原始瓦斯含量 煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，單位質(zhì)量煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，單位質(zhì)量煤中所含有的瓦斯體積（換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積）稱(chēng)為煤中所含有的瓦斯體積（換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下體積）稱(chēng)為原始（或天然）瓦斯含量，單位為原始（或天然）瓦斯含量，單位為m m3 3/t/t或或mL/gmL/g。l 殘余瓦斯含量殘余瓦斯含量 相對(duì)原始煤層瓦斯含量而言，當(dāng)煤體受到采動(dòng)等因素相對(duì)原始煤層

51、瓦斯含量而言，當(dāng)煤體受到采動(dòng)等因素的影響或瓦斯抽采后，煤層中剩余的瓦斯含量稱(chēng)為殘余的影響或瓦斯抽采后，煤層中剩余的瓦斯含量稱(chēng)為殘余瓦斯含量，單位為瓦斯含量，單位為m m3 3/t/t或或mL/gmL/g。七、煤層瓦斯含量七、煤層瓦斯含量p含義含義l 可解吸瓦斯含量可解吸瓦斯含量 可解吸瓦斯含量是指當(dāng)原始煤體受到采動(dòng)等因素的影響，煤可解吸瓦斯含量是指當(dāng)原始煤體受到采動(dòng)等因素的影響，煤質(zhì)在常壓和儲(chǔ)層溫度下自然脫附出來(lái)的煤層瓦斯含量，單位為質(zhì)在常壓和儲(chǔ)層溫度下自然脫附出來(lái)的煤層瓦斯含量，單位為m m3 3/t/t或或mL/gmL/g 可解吸瓦斯含量可解吸瓦斯含量 = = 煤層原始瓦斯含量煤層原始瓦斯

52、含量 - - 殘存瓦斯含量殘存瓦斯含量l 殘存瓦斯含量殘存瓦斯含量 殘存瓦斯含量是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，煤樣自然解吸平衡后，殘殘存瓦斯含量是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，煤樣自然解吸平衡后，殘存在煤樣中的瓦斯含量，單位是存在煤樣中的瓦斯含量，單位是m m3 3/t/t或或mL/gmL/g。低變質(zhì)程度煙煤的。低變質(zhì)程度煙煤的殘存瓦斯含量占總瓦斯含量的殘存瓦斯含量占總瓦斯含量的404050%50%，在中，在中高變質(zhì)程度煙煤的高變質(zhì)程度煙煤的殘存瓦斯含量占總量的殘存瓦斯含量占總量的10%10%左右左右 七、煤層瓦斯含量七、煤層瓦斯含量p影響煤層瓦斯含量測(cè)定的主要因素影響煤層瓦斯含量測(cè)定的主要因素l 煤層的埋藏深度煤層的

53、埋藏深度l 煤層和圍巖的透氣性煤層和圍巖的透氣性l 煤層露頭煤層露頭l 地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造l 煤化程度煤化程度l 地層的地質(zhì)史地層的地質(zhì)史l 水文地質(zhì)條件水文地質(zhì)條件第八部分第八部分 含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能礦井瓦斯防治礦井瓦斯防治課程第二講課程第二講八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能p含瓦斯煤的力學(xué)性能含瓦斯煤的力學(xué)性能l 游離瓦斯的壓力對(duì)煤的力學(xué)作用與圍壓的作用相反，瓦斯壓游離瓦斯的壓力對(duì)煤的力學(xué)作用與圍壓的作用相反，瓦斯壓力增加，有效應(yīng)力減小，使煤抵抗破壞的能力降低。在一定力增加，有效應(yīng)力減小，使煤抵抗破壞的能力降低。在一定程度

54、上，游離瓦斯阻礙了裂隙的收縮，促進(jìn)其擴(kuò)展，減弱了程度上，游離瓦斯阻礙了裂隙的收縮，促進(jìn)其擴(kuò)展，減弱了宏觀(guān)裂縫面間的摩擦系數(shù)，也使得煤體的強(qiáng)度降低。宏觀(guān)裂縫面間的摩擦系數(shù)，也使得煤體的強(qiáng)度降低。l 瓦斯對(duì)煤的非力學(xué)作用，即吸附瓦斯減少了煤體內(nèi)部裂隙表瓦斯對(duì)煤的非力學(xué)作用，即吸附瓦斯減少了煤體內(nèi)部裂隙表面的張力，從而使煤體骨架部分發(fā)生相對(duì)膨脹，導(dǎo)致煤體顆面的張力，從而使煤體骨架部分發(fā)生相對(duì)膨脹，導(dǎo)致煤體顆粒之間的作用力減弱，被破壞時(shí)所需要的表面能減小，同樣粒之間的作用力減弱，被破壞時(shí)所需要的表面能減小，同樣也削弱了煤體的強(qiáng)度。也削弱了煤體的強(qiáng)度。八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性

55、能與滲透性能p含瓦斯煤的力學(xué)性能含瓦斯煤的力學(xué)性能 瓦斯的非力學(xué)作用對(duì)煤體彈性模量的影響隨孔隙瓦斯的非力學(xué)作用對(duì)煤體彈性模量的影響隨孔隙瓦斯壓力的增加而更加嚴(yán)重，因此瓦斯壓力越大，彈瓦斯壓力的增加而更加嚴(yán)重，因此瓦斯壓力越大，彈性模量降低越多。性模量降低越多。 煤體脆性度越大，其失穩(wěn)破壞越容易發(fā)生，因此煤體脆性度越大，其失穩(wěn)破壞越容易發(fā)生，因此，瓦斯壓力的增加加速了煤體失穩(wěn)破壞的進(jìn)程，瓦斯壓力的增加加速了煤體失穩(wěn)破壞的進(jìn)程。八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能p含瓦斯煤的滲透性能含瓦斯煤的滲透性能 煤層透氣系數(shù)是反映煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)難易程度的煤層透氣系數(shù)是反映煤層內(nèi)瓦

56、斯流動(dòng)難易程度的重要參數(shù)，也是評(píng)判瓦斯抽放的可行性指標(biāo)之一，同重要參數(shù)，也是評(píng)判瓦斯抽放的可行性指標(biāo)之一，同時(shí)也是判斷煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的指標(biāo)之一。因此，時(shí)也是判斷煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的指標(biāo)之一。因此，煤層瓦斯?jié)B透率或煤層透氣系數(shù)的測(cè)算方法研究是瓦煤層瓦斯?jié)B透率或煤層透氣系數(shù)的測(cè)算方法研究是瓦斯?jié)B流力學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它始終是滲流力學(xué)界關(guān)斯?jié)B流力學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它始終是滲流力學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。注的熱點(diǎn)之一。八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能p含瓦斯煤的滲透性能含瓦斯煤的滲透性能l含瓦斯煤的滲透性的影響因素含瓦斯煤的滲透性的影響因素 影響煤層瓦斯?jié)B透率變化影響煤層

57、瓦斯?jié)B透率變化的因素很多，但主要受煤體骨的因素很多，但主要受煤體骨架結(jié)構(gòu)的變化較大。煤體骨架架結(jié)構(gòu)的變化較大。煤體骨架結(jié)構(gòu)的變化包括煤體由于礦山結(jié)構(gòu)的變化包括煤體由于礦山壓力、沖擊地壓和瓦斯抽采而壓力、沖擊地壓和瓦斯抽采而產(chǎn)生的收縮變形，以及煤體所產(chǎn)生的收縮變形，以及煤體所具有的流變性等。具有的流變性等。 隨著采煤工作面的向前推隨著采煤工作面的向前推進(jìn)，頂?shù)装鍘r層經(jīng)歷原始應(yīng)力進(jìn)，頂?shù)装鍘r層經(jīng)歷原始應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力升高狀態(tài)、應(yīng)力降狀態(tài)、應(yīng)力升高狀態(tài)、應(yīng)力降低狀態(tài)和應(yīng)力恢復(fù)狀態(tài)，相應(yīng)低狀態(tài)和應(yīng)力恢復(fù)狀態(tài)，相應(yīng)煤巖層滲透系數(shù)也將隨之發(fā)生煤巖層滲透系數(shù)也將隨之發(fā)生變化。變化。加卸載時(shí)，滲透率與有效應(yīng)力關(guān)

58、系曲線(xiàn)八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能p含瓦斯煤的滲透性能含瓦斯煤的滲透性能 在加載過(guò)程中，滲透率在加載過(guò)程中，滲透率K K隨有效應(yīng)力隨有效應(yīng)力的增大而減小的增大而減小，兩者之間的關(guān)系符合負(fù)指數(shù)方程：，兩者之間的關(guān)系符合負(fù)指數(shù)方程： 在卸載過(guò)程中，滲透率在卸載過(guò)程中，滲透率K K隨有效應(yīng)力隨有效應(yīng)力的減小而增大的減小而增大，兩者之間的關(guān)系符合冪函數(shù)方程：，兩者之間的關(guān)系符合冪函數(shù)方程： 通過(guò)上圖可以看出，在加載和卸載過(guò)程中，滲透通過(guò)上圖可以看出，在加載和卸載過(guò)程中，滲透率率K K的變化是不可逆的，卸載過(guò)程較加載有一定的滯的變化是不可逆的，卸載過(guò)程較加載有一定的滯后性，不能恢復(fù)到加載前的初始狀態(tài)。后性，不能恢復(fù)到加載前的初始狀態(tài)。0bKKe1cKK八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能八、含瓦斯煤的力學(xué)性能與滲透性能p含瓦斯煤的滲透性能含瓦斯煤的滲透性能1 1）透氣性的描述）透氣性的描述 物理意義是在物理意義是在1m1m3 3煤體的兩側(cè)，當(dāng)其壓力的平方差煤