【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 瓦斯含量高。反之，圍巖及地層中巖石以中砂巖﹑粗砂巖礫巖和裂隙或溶洞發(fā)育的灰?guī)r為主時(shí)，其透氣性好，則煤層瓦斯含量低。例如在大同煤田，北京煤田西部，圍巖的透氣性大的厚砂巖，煤層瓦斯含量就很低。目前認(rèn)為，在同一埋深及條件相同情況下，煤層傾角越小，煤層的瓦斯含量就越高。若傾角陡，相對(duì)瓦斯涌出量一般較??；反之則大。例如：芙蓉煤礦北翼煤層傾角陡（40176?！?0176。），相對(duì)瓦斯涌出量20ｍ179。/ｔ，無(wú)瓦斯突出現(xiàn)象；反之，南翼煤層傾角在（6176?！?2176。），相對(duì)瓦斯涌出量高達(dá)150ｍ179。/ｔ，而且還有瓦斯突出現(xiàn)象。發(fā)生這種現(xiàn)象的原因主要在于，煤層滲透性一般大于圍巖，煤層傾角越小，在頂板巖層密封好的條件下，瓦斯越不容易通過(guò)煤層排放，煤體中產(chǎn)生的瓦斯容易得到貯存；故而煤層的瓦斯含量高，瓦斯涌出量大。煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，露頭存在時(shí)間越長(zhǎng)，瓦斯排放就越多。反之，地表無(wú)露頭的煤層，瓦斯含量往往很高。目前認(rèn)為，封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于封存瓦斯，開(kāi)放型地質(zhì)構(gòu)造有利于排放瓦斯。其影響包括①褶曲構(gòu)造現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，閉合而完整的背斜或窟窿又覆蓋不透氣的地層是良好的貯瓦斯構(gòu)造，在其軸部煤層內(nèi)往往積存高壓瓦斯，形成“氣頂”。在傾斜背斜的軸部，通常也比相同埋深的翼部瓦斯含量高。但是，當(dāng)背斜軸的頂部巖層為透氣巖層或因張力形成連通地面的裂隙時(shí)，瓦斯會(huì)大量流失，這時(shí)軸部煤層瓦斯含量反而比翼部小，因此頂板巖性的密閉性具有重要作用。向斜構(gòu)造一般軸部瓦斯含量比翼部高，這是因?yàn)檩S部巖層受到強(qiáng)力擠壓，圍巖的透氣性往往會(huì)變得更低，因此有利于在向斜的軸部地區(qū)封存較多的瓦斯。但在開(kāi)采高透氣性煤層時(shí)，在向斜軸部煤層的瓦斯涌出量卻往往較低。這是因?yàn)殚_(kāi)采越接近向斜軸部，瓦斯補(bǔ)給區(qū)域越來(lái)越小，補(bǔ)給瓦斯量越接近軸部越枯竭，另外向斜軸部裂隙往往較發(fā)育，煤巖的透氣性較好，有利于軸部瓦斯的流失的緣故；此外由于瓦斯比空氣輕，易于向上移動(dòng)，也是造成軸部瓦斯涌出量較小的原因；受地質(zhì)構(gòu)造影響形成的煤層局部變厚的大煤包也會(huì)出現(xiàn)瓦斯含量增高的現(xiàn)象，這是因?yàn)槊喊跇?gòu)造應(yīng)力作用下，周圍煤層被壓薄，上下透氣性差的巖層形成對(duì)大煤包的封閉條件。②斷裂構(gòu)造斷層對(duì)煤層瓦斯含量的影響往往比較復(fù)雜；一方面要看斷層（帶）的封閉性，另一方面還要看與煤層接觸的對(duì)盤巖層的透氣性。目前研究認(rèn)為，開(kāi)放性斷層（一般是張性，張扭性斷層）無(wú)論其與地表是否直接相通，都會(huì)引起斷層附近的煤層瓦斯含量降低，當(dāng)與煤層接觸的對(duì)盤巖層透氣性不大時(shí)，瓦斯含量降低的幅度就會(huì)更大，封閉性斷層（一般是壓性、壓扭性，現(xiàn)在仍受擠壓處于封閉狀態(tài)的斷層）與煤層接觸的對(duì)盤巖層透氣性低時(shí)，可以阻止煤層瓦斯的排放，故而在這種條件下，煤層往往具有較高的瓦斯含量，但是，如果斷層規(guī)模很大，斷距很長(zhǎng)時(shí)，一般與煤層接觸的對(duì)盤巖層屬致密不透氣的概率會(huì)減少，所以大斷層往往會(huì)出現(xiàn)一定寬度的瓦斯排放帶，在這個(gè)帶內(nèi)瓦斯含量降低。一般情況下，在瓦斯帶內(nèi)，尚若其他因素相同，則煤化變質(zhì)程度不同的煤，其瓦斯含量不僅有所不同，而且隨深度增加，其瓦斯含量增加的量也有所不同。但對(duì)于高變質(zhì)無(wú)煙煤，其結(jié)構(gòu)發(fā)生了質(zhì)的變化，孔隙率及表面積大大減少，故而瓦斯含量往往很低（一般不超過(guò)2～3m3/t）,而且與埋深無(wú)關(guān)。煤是天然的吸附體，其煤化程度越高，存儲(chǔ)瓦斯的能力越強(qiáng)，在其他條件相同時(shí)，煤的變質(zhì)程度越高，煤層瓦斯含量就越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力隨煤的變質(zhì)程度的提高而增大，故在同一瓦斯壓力和溫度 的條件下，變質(zhì)程度高的煤層往往能保存更多 的瓦斯。 成煤有機(jī)物沉積以后直到現(xiàn)今煤化階段經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代，其間地層多次下降或上升，覆蓋層加厚或遭到剝蝕，陸相與海相相交替變化，遭受地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)破壞等等，所以這些地質(zhì)過(guò)程及其延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短都會(huì)對(duì)煤層瓦斯含量的大小產(chǎn)生巨大的影響。一般情況下，從沉積環(huán)境上看，海陸交替相含煤系，聚煤古地理環(huán)境屬于濱海平原，往往巖性與巖相在橫向上比較穩(wěn)定，沉積物粒度細(xì)，這時(shí)形成的煤系地層的透氣性較差，如果其上又遭受長(zhǎng)期海侵，并被泥巖、灰?guī)r等致密地層覆蓋，這種煤層的瓦斯含量有可能很高。反之，對(duì)于陸相沉積，內(nèi)陸環(huán)境，橫向巖性變化大且覆蓋層多為粗粒碎屑巖，這種煤系地層往往不利于瓦斯的封存，故而煤層的瓦斯含量一般都較低。根據(jù)目前的實(shí)踐表明，地下水活躍的區(qū)域，通常煤層的瓦斯含量較少，這不僅是因?yàn)檫@里的天然裂隙比較發(fā)育，而且處于開(kāi)放狀態(tài)，是瓦斯排放的直接通道；此外，盡管瓦斯溶于水的程度不高，但地下水在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代往往可以帶走數(shù)量可觀的瓦斯，另一個(gè)不可忽視的事實(shí)是，由于地下水的溶蝕作用，還會(huì)帶走大量的礦物質(zhì)，導(dǎo)致煤系地層的天然御壓，地應(yīng)力降低；而地應(yīng)力的降低，則引起煤層及圍巖的透氣性增大，從而加強(qiáng)了煤層瓦斯的流失。因此，目前許多礦井所謂的“水大瓦斯小，水小瓦斯大”就是這個(gè)原因。煤礦井下采礦工作會(huì)使煤層所受應(yīng)力從新分布，造成次生透氣性結(jié)構(gòu)；同時(shí)，礦山壓力可以使煤體透氣性增高或降低，其表現(xiàn)為在卸壓區(qū)內(nèi)透氣性增高，在集中應(yīng)力帶內(nèi)透氣性降低。這種情況會(huì)引起煤層瓦斯賦存狀態(tài)發(fā)生變化，具體表現(xiàn)在采掘空間中瓦斯涌出量的忽大忽小，如開(kāi)采上、下保護(hù)層時(shí)，在保護(hù)范圍內(nèi)，由于煤（巖）體的透氣性的增大，使煤體中的瓦斯大量釋放。從中可以看出，保護(hù)層的開(kāi)采由于引起地層應(yīng)力從新分布，導(dǎo)致瓦斯賦存狀態(tài)發(fā)生很大的變化，表現(xiàn)為保護(hù)層本身的開(kāi)采過(guò)程中，瓦斯涌出量的增大，從而使鄰近被保護(hù)層的瓦斯得到釋放。此外，在厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，也會(huì)有類似的現(xiàn)象. 礦井瓦斯涌出量礦井瓦斯涌出量是指礦井生產(chǎn)過(guò)程中涌入巷道的瓦斯量，可用絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量?jī)蓚€(gè)參數(shù)來(lái)表示。礦井絕對(duì)瓦斯涌出量是指礦井在單位時(shí)間內(nèi)涌出瓦斯的體積，通常所用的單位為m3/min或m3/d。礦井相對(duì)瓦斯涌出量是指礦井在正常生產(chǎn)條件下采一噸煤所涌出的瓦斯體積，單位是m3/t。兩者的關(guān)系為：q=Q/A （41）式中 q——相對(duì)瓦斯涌出量，m3 /t； Q——絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/d； A——日產(chǎn)煤量，t/d。需要說(shuō)明的是，絕對(duì)瓦斯涌出量?jī)H能表示礦井（或采區(qū)）涌出瓦斯的多少，但不能以次判斷礦井（或采區(qū)）瓦斯涌出情況的嚴(yán)重程度，而相對(duì)瓦斯涌出量是以礦井（或采區(qū)）產(chǎn)煤量為基礎(chǔ)的，一般來(lái)說(shuō)，它可以作為判斷礦井瓦斯涌出程度的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)礦井相對(duì)瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式的不同，我國(guó)《煤礦安全規(guī)程》將礦井瓦斯等級(jí)劃分為以下三級(jí)：低瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且礦井絕對(duì)瓦斯涌出量小于或等于40m3/min。高瓦斯礦井：礦井相對(duì)瓦斯涌出量大于10m3/t或礦井絕對(duì)瓦斯涌出量大于40m3/min。煤（巖）與瓦斯（二氧化碳）突出礦井：發(fā)生過(guò)煤與瓦斯突出。礦井瓦斯涌出量對(duì)于整個(gè)礦井來(lái)說(shuō)，稱為礦井瓦斯涌出量；對(duì)個(gè)別煤層、水平、采區(qū)或工作面而言。則分別稱為煤層、水平或工作面的瓦斯涌出量。瓦斯涌出量的大小主要取決于下列自然因素和開(kāi)采技術(shù)因素。①圍巖的瓦斯含量煤層（包括可采層和非可采層）和圍巖的瓦斯含量是瓦斯涌出量大小的決定因素，瓦斯含量越高，瓦斯涌出量越大。當(dāng)前礦井的瓦斯涌出量預(yù)測(cè)把煤層瓦斯含量作為主要依據(jù)。②開(kāi)采規(guī)模開(kāi)采規(guī)模是指礦井的開(kāi)采深度、開(kāi)拓、開(kāi)采范圍以及礦井的產(chǎn)量而言。隨著開(kāi)采深度的增大，煤層的瓦斯含量也相應(yīng)增大。對(duì)某一礦井來(lái)說(shuō)，開(kāi)采規(guī)模越大，礦井的絕對(duì)瓦斯涌出量也就越大，但就礦井相對(duì)瓦斯涌出量來(lái)說(shuō)，情況比較復(fù)雜。在礦井達(dá)產(chǎn)之前，絕對(duì)瓦斯涌出量隨著開(kāi)拓范圍的擴(kuò)大而增加。絕對(duì)瓦斯涌出量大致正比于產(chǎn)量，相對(duì)瓦斯涌出量數(shù)值偏大而沒(méi)有意義。如果礦井是靠改進(jìn)采煤工藝，提高工作面單產(chǎn)來(lái)增大產(chǎn)量的則相對(duì)瓦斯涌出量明顯減少，原因?yàn)椋阂皇桥c采面無(wú)關(guān)的瓦斯源的瓦斯涌出量在產(chǎn)量提高時(shí)無(wú)明顯增大；二是隨著開(kāi)采速度加快，臨近層及采落煤的殘存瓦斯含量將增大。如果礦井僅是靠擴(kuò)大開(kāi)采規(guī)模來(lái)增大產(chǎn)量的，則礦井相對(duì)瓦斯涌出量或保持不變或增大。當(dāng)開(kāi)采工作逐漸收縮時(shí)，絕對(duì)瓦斯涌出量又隨產(chǎn)量的減少而減少，并最終穩(wěn)定在某一個(gè)數(shù)值，這是由于巷道和采空區(qū)瓦斯涌出量不受產(chǎn)量的減少的影響，這是相對(duì)瓦斯涌出量的數(shù)值又因產(chǎn)量的低而偏大，再次失去意義。③開(kāi)采順序與回采方法在開(kāi)采層群中的首采煤層時(shí)，由于其涌出的瓦斯不僅來(lái)源于開(kāi)采層本身，而且來(lái)來(lái)源于上、下臨近層，因此，開(kāi)采首采煤層時(shí)的瓦斯涌出量往往比開(kāi)采其他各層時(shí)大好幾倍。為了使礦井瓦斯涌出量不發(fā)生大的波動(dòng)，在開(kāi)采煤層群時(shí)，應(yīng)搭配好首采煤層和其他各層的比例。在厚煤層分層開(kāi)采時(shí)，不同分層的瓦斯涌出量也有很大的差別。采煤方法的回采率越低，瓦斯涌出量就越大，因?yàn)閬G煤中所含瓦斯的絕大部分仍要涌入巷道。在開(kāi)采煤層群時(shí)，由于采用陷落法管理頂板比采用充填法管理頂板時(shí)能造成頂板更大范圍的破壞與松動(dòng)，因而采用陷落法管理頂板的工作面的瓦斯涌出量比采用填充法管理頂板的工作面的瓦斯涌出量大。④ 生產(chǎn)工藝瓦斯從煤層暴露面（煤壁和鉆孔）和采落的煤炭?jī)?nèi)涌出的特點(diǎn)是，初期瓦斯涌出的強(qiáng)度大，然后大致按照指數(shù)函數(shù)的關(guān)系逐漸衰減，所以落煤時(shí)瓦斯涌出量總是大于其他工序。落煤時(shí)瓦斯涌出量增大，增大值與落煤量﹑新暴露煤面大小和煤塊的破碎程度有關(guān)。如果風(fēng)鎬落煤時(shí)，——；——；——；水采工作面水槍開(kāi)動(dòng)時(shí)增大2—4倍。綜合機(jī)械化采煤工作面推進(jìn)速度快，產(chǎn)量高，在瓦斯含量大的煤層工作時(shí)，瓦斯涌出量很大。如陽(yáng)泉的煤礦機(jī)組工作面瓦斯涌出量可達(dá)每分鐘40立方米。⑤ 地面大氣壓的變化地面大氣壓的變化必然引起井下空氣壓力的變化。根據(jù)測(cè)定，地面大氣壓力在一年內(nèi)的變化量可達(dá)（5~8），1天內(nèi)的最大變化量可達(dá)（2~4），但與煤層瓦斯壓力相比，地面大氣壓的變化量是很微小的。地面大氣壓的變化對(duì)煤層暴露面的瓦斯涌出量沒(méi)有太大的影響，但對(duì)采空區(qū)的瓦斯涌出有較大的影響。在生產(chǎn)規(guī)模較大采空區(qū)瓦斯涌出量占很大比例的礦井，當(dāng)氣壓突然下降時(shí)，采空區(qū)積存的瓦斯會(huì)更多地涌入風(fēng)流中，使礦井瓦斯涌出量增大；當(dāng)氣壓突然上升時(shí)，礦井瓦斯涌出量會(huì)明顯減小。⑥斷層的影響斷層附近，由于在煤層及其頂、底板巖層中產(chǎn)生了一系列的構(gòu)造裂隙，因而在斷層附近往往出現(xiàn)瓦斯涌出量升高，甚至產(chǎn)生瓦斯噴出現(xiàn)象。⑦煤的滲透率的影響煤層的滲透率是煤層中瓦斯流動(dòng)難易程度的標(biāo)志。滲透率大，瓦斯流動(dòng)就容易。瓦斯流量與滲透率、流動(dòng)面積、瓦斯壓力梯度成正比，與瓦斯粘度成反比。⑧風(fēng)量變化礦井風(fēng)量發(fā)生變化時(shí)，瓦斯涌出量和風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛葧?huì)發(fā)生擾動(dòng)，但是很快就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环€(wěn)定狀態(tài)。無(wú)鄰近層的單一煤層回采時(shí)，由于瓦斯主要來(lái)自煤壁和采落的煤炭，采空區(qū)積存的瓦斯量不大。回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛入S風(fēng)量減少而增加或隨風(fēng)量的增加而減少。煤層群開(kāi)采和綜采放頂煤工作面的采空區(qū)內(nèi)﹑煤巷的冒頂空洞內(nèi)，往往積存大量的高濃度瓦斯。一般情況下，風(fēng)量增加時(shí)，起初由于負(fù)壓和采空區(qū)漏風(fēng)的加大，一部分高濃度的瓦斯漏風(fēng)從采空區(qū)帶出，絕對(duì)瓦斯量迅速增加，回風(fēng)流中的 瓦斯?jié)舛瓤赡芗眲∩仙Ｈ缓?，濃度開(kāi)始下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，絕對(duì)瓦斯涌出量恢復(fù)到或接近原來(lái)的值，回風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛炔拍芙档偷皆狄韵?。風(fēng)量減少時(shí)情況相反。這類瓦斯?jié)舛鹊淖兓瘯r(shí)間，由幾分鐘到幾天，峰值濃度和瓦斯涌出量變化決定于采空區(qū)的范圍﹑采空區(qū)內(nèi)的瓦斯?jié)舛醛p漏風(fēng)情況和風(fēng)量調(diào)節(jié)的快慢與幅度。⑨采空區(qū)的密閉質(zhì)量采空區(qū)內(nèi)往往積存著大量的高濃度瓦斯（可達(dá)60%70%），如果封閉的密閉質(zhì)量不好，或進(jìn)風(fēng)及回風(fēng)側(cè)的通風(fēng)壓差較大，就會(huì)造成采空區(qū)大量漏風(fēng)，使礦井的瓦斯涌出量增大。 瓦斯涌出量預(yù)測(cè)方法及參數(shù)取值（