第三章 矿井瓦斯灾害治理
第11讲 矿井瓦斯灾害治理（一）
煤矿安全技术
第一章 煤矿安全基础知识
第二章 矿井通风
第三章 矿井瓦斯灾害治理
第四章 防灭火技术
第五章 防治水技术
第六章 顶板灾害防治技术
第七章 粉尘防治
第八章 机电运输安全技术
第九章 露天煤矿灾害防治技术
第十章 矿山救护
第十一章 煤矿安全类案例
第三章 矿井瓦斯灾害治理
第一节 瓦斯来源及其危害 第二节 煤层瓦斯参数测定及矿井瓦斯涌出
第三节 瓦斯灾害的防治 第四节 瓦斯检测
第一节 瓦斯来源及其危害
瓦斯是指地下矿山中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，通常所指的是甲烷（CH4），主要来自于煤层和煤系地层，在成煤作用过程中产生。
一、煤矿瓦斯的性质
瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体。由于瓦斯比较轻，故常常积聚在巷道顶部、上山掘进工作面、顶板冒落空洞中。瓦斯难溶于水。瓦斯扩散性很强。当空气中瓦斯含量大于 50% 时，极易造成人员缺氧而窒息死亡。瓦斯不助燃，但当与空气混合达到一定含量后，遇到高温火焰时能够燃烧或爆炸。
二、瓦斯的生成及其影响因素
（一）瓦斯的生成
大体可以将成煤过程分为两个造气时期，即生物化学造气时期和煤化变质作用造气时期。
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1、生物化学造气时期 |
是成煤作用的第一阶段（泥炭化或腐泥化阶段），在温度不超过 65 ℃条件下，成煤原始物质经厌氧微生物分解成瓦斯。泥炭层埋深浅，上覆盖层的胶结固化不好，生成的瓦斯通过渗透和扩散容易排放到古大气中，一般不会保留在现有煤层内。 |
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2、煤化变质作用造气时期 |
是成煤作用的第二阶段，是泥炭、腐泥在一定的温度和压力作用下变化为煤的过程。有机质分解生成二氧化碳、瓦斯和水。随着变质作用的加深，瓦斯的含量越来越大。 |
（二）瓦斯生成的影响因素
由于煤层中的瓦斯主要是煤化作用的产物，所以瓦斯含量的多少和煤岩组分、煤化作用程度等因素有关。
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煤岩组分 |
镜质组、惰质组、壳质组 |
镜质组瓦斯生成量大 |
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煤岩组分与瓦斯吸附量之间存在密切关系，镜质组在肥煤阶段瓦斯吸附量最小，此后吸附量迅速增加，并在焦煤、瘦煤中间的某一阶段超过惰质组。惰质组瓦斯吸附量随着煤化程度提高而缓慢增加。 |
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煤化作用程度 |
在煤化作用过程中，随着煤化程度的提高，煤的气体渗透率下降，储气能力提高，气体向地表运移能力减弱，煤层中微孔或超微孔所占比例提高进而煤的吸附力增强，最终累积产生的瓦斯量就越多。 |
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三、瓦斯的赋存及其影响因素
（一）瓦斯赋存状态
瓦斯在煤层中的赋存状态主要有两种：游离状态（自由状态）和吸附状态（结合状态）。
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游离状态 （自由状态） |
瓦斯存在于煤体或围岩的较大裂缝、空隙或空洞中，其多少取决于储存空间的容积、瓦斯压力、围岩温度等因素。 |
占 5% ～ 30% |
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吸附状态 （结合状态） |
吸着 |
吸着在煤体孔隙的内表面上。含量主要取决于煤的结构特点、炭化程度等。 |
占 70% ～ 95% |
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吸收 |
瓦斯分子进入煤体胶粒结构内部与煤分子结合而呈现的状态。 |
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习题1．煤体是一种复杂的多孔性固体。包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。煤层中瓦斯赋存两种状态：游离状态和（ ）。
A．自由状态
B．固定状态
C．吸附状态
D．半固定状态
233网校答案：C
233网校解析：瓦斯在煤层中赋存状态主要有两种：游离状态（自由状态）和吸附状态（结合状态），故选C正确。
（二）影响煤层瓦斯赋存的因素
影响煤层瓦斯赋存的因素主要有煤层埋藏深度、煤层和围岩透气性、煤层倾角、煤层露头、煤化作用程度及煤系地层的地质史。
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煤层埋藏深度 |
深度不大，瓦斯含量随着埋深的增大基本呈线性规律增加。达到一定数值后，将趋于常量。 |
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煤层和围岩透气性 |
透气性越大，煤层瓦斯含量就越小。反之，瓦斯易于保存，煤层瓦斯含量就高。 |
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煤层倾角 |
煤层倾角越小，煤层瓦斯含量就越高。 |
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煤层露头 |
煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在的时间越长，瓦斯排放就越多。 |
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煤化作用程度 |
煤化作用程度越高，其储存瓦斯的能力就越强 |
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煤系地层的地质史 |
海陆交替相含煤岩系的岩性和岩相在横向比较稳定，沉积物粒度细，形成的煤系地层透气性差，瓦斯含量较高。 |
习题2．煤层瓦斯含量的多少主要取决于保存瓦斯的条件，而不是生成瓦斯量的多少；也就是说不仅取决于煤的变质程度，而更主要的是取决于储存瓦斯的地质条件。下列选项中不属于影响煤层瓦斯含量的主要因素是（ ）。
A．煤层的埋藏深度，煤层和围岩的透气性
B．煤层倾角、煤层露头水文地质条件
C．地质构造、煤化程度、煤系地层的地质史
D．瓦斯的游离特性
233网校答案：D
233网校解析：影响煤层瓦斯赋存的因素有：煤层埋藏深度、煤层和围岩透气性、煤层倾角、煤层露头、煤化作用程度、煤系地层的地质史。故与D无关。
四、瓦斯的危害
瓦斯有四大危害：瓦斯喷出、瓦斯燃烧爆炸、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息。这4种危害并非单一出现，往往一种灾害会成为另一种灾害的诱因，例如通风不足，瓦斯含量达到一定程度后发生瓦斯爆炸，继而带来矿井火灾，在爆炸和燃烧过程中含有大量有害气体，容易出现瓦斯窒息事故。
（一）瓦斯喷出
瓦斯喷出是指从煤体或岩体裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯异常涌出的现象。分为沿原地质构造裂隙喷出和沿采掘地压生成裂隙喷出。
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1. 沿原地质构造裂隙喷出 |
该类喷出大多数发生在地质破坏带，石灰岩溶洞裂缝区，背斜或向斜轴部、储瓦斯区以及其他一些储瓦斯构造与原始裂缝相通的区域。 |
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其特点是一般情况下喷出的瓦斯流量较大，持续的时间较长，无明显的地压显现征兆，且掘进巷道的瓦斯喷出一般在工作面周围。 |
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2. 沿采掘地压生成裂隙喷出 |
与地质构造、采掘地压有关。濒临发生时，出现多种显著征兆。 |
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喷出原因 |
内因 |
储存有大量高瓦斯。 |
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外因 |
采掘 |
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喷出规律 |
往往发生在地质变化带；易发生在煤层顶底板岩层中有溶洞、裂隙发育的石灰岩；具有明显的喷出口或裂缝；瓦斯喷出量有大有小，喷出时间从几分钟到几年甚至几十年。 |
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喷出预兆 |
矿压活动显现强烈，煤壁片帮严重，底板突然鼓起，支架承载力加大甚至破坏，煤层变软、潮湿等。 |
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喷出危害 |
导致人员窒息，遇有火源时还可能引起瓦斯爆炸或火灾事故。 |
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