【正文】 程度相關，總之與多種因素相關?；貧w分析法是分析和處理變量之間相關關系的一種數理統(tǒng)計方法。并把瓦斯涌出量相同的點連成曲線（如同底板等高線一樣），做為外推預測的依據，如圖43所示。如圖43所示。某些緩傾斜煤層和礦井的深部，瓦斯涌出量梯度不是常數，即礦井的相對瓦斯涌出量與深度間的關系是非線性的。其二，積累的瓦斯涌出量資料，至少要有一年以上，而且積累的資料越多，精度愈高，已采水平（或區(qū)域）的瓦斯地質情況和開采技術條件與新設計水平（或區(qū)域）愈相似，預測的可靠性也愈高。統(tǒng)計法預測瓦斯涌出量時，必須注意以下兩點：其一，此法只適用于瓦斯帶以下已回采了1～2個水平的礦井，而且外推深度不得超過100～200m，煤層傾角越小和瓦斯涌出量梯度值越小，外推深度也應越小。其實，也可針對絕對瓦斯涌出量預測?！A測相對瓦斯涌出量的埋藏深度，m；、瓦斯風化帶下界或H1處的相對瓦斯涌出量，=2 m3/t。 （）或 （）式中：——預測深（m）處的相對瓦斯涌出量，m3/t；——瓦斯風化帶下界開采深度，m；——瓦斯涌出量增深率，t瓦斯涌出量梯度為 （）式中，——瓦斯涌出量梯度，m/ （m3/t）或t/ m2； 、——甲烷帶內兩個已知開采深度，m；、——對應于深度 、的相對瓦斯涌出量，m3/t；n——指數系數，大多數煤田在垂深1000 m以內時n=1。將此曲線外延，即可預測出深部的瓦斯涌出量。以礦井加權平均開采深度為橫坐標，相對瓦斯涌出量為縱坐標，做出瓦斯涌出量隨開采深度變化的曲線圖。表格如下表41礦井開采深度與瓦斯涌出量對應表加權平均開采深度（m）相對瓦斯涌出量（m3/min如果預測地區(qū)的地質、采礦因素沒有明顯的變化，那么預測結果可以滿足工程的需要。瓦斯統(tǒng)計法，客觀上反映了以上相關關系。即煤層開采深度，反映了煤層瓦斯含量與煤層瓦斯壓力兩項指標。礦井瓦斯涌出量與開采強度、開采深度相關。4）生產采區(qū)瓦斯涌出量 （）式中 ——生產采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；——生產采區(qū)內采空區(qū)瓦斯涌出系數，——第i個回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；——第i個回采工作面的日產量，t；——第i個掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；——生產采區(qū)平均日產量，t。 （）式中 q采——回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；q1——開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；q2——鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t。1）礦井瓦斯涌出構成關系礦井瓦斯涌出構成關系如圖41所示。煤層瓦斯含量預測，其目的就是通過對煤層瓦斯含量的分析，預先測算礦井瓦斯涌出量，進而可以具有針對性的采取各項瓦斯防治措施。近年來，在一些低瓦斯礦井的瓦斯異常區(qū)發(fā)生了一些重大瓦斯事故。山東科技大學學士學位論文 煤層瓦斯預測理論4煤層瓦斯預測理論煤層瓦斯的生成、儲積和運移受控于一定地質條件，地質條件的差異往往導致煤層瓦斯在縱向和橫向上的不均衡分布，造成不同礦區(qū)（或礦井）、不同煤層、不同區(qū)域瓦斯賦存的不均衡。圖33 人工充填法封孔示意圖1—測壓前端；2—擋料圓盤；3—充填材料；4—木楔；5—測壓管；6—壓力表；7—鉆孔為防止測壓管堵塞，再測壓管前端焊接一段直徑稍大于測壓管的篩管或直接在測壓管壁中打篩管。測壓封孔方法分填法和封孔器法。根據我國各煤礦瓦斯壓力隨深度變化的實測數據，~，而瓦斯風化帶深度則在幾米至數百米間變化。在煤層賦存條件和地質構造條件變化不大時，同一深度各煤層或同一煤層在同一深度的各個地點，煤層瓦斯壓力是相近的。當煤層瓦斯壓力大于同水平靜水壓力時，在漫長地質年代中，瓦斯將沖破水的阻力向地表逸散，當覆蓋層未充滿水時，煤層瓦斯壓力將小于同水平的水靜壓力。在漫長的地質年代中，煤層瓦斯排放是一個極其復雜的問題，它除與覆蓋層厚度、透氣性能、地質構造條件有關外，還與覆蓋層的含水性有密切關系。在煤與瓦斯突出發(fā)生、發(fā)展過程中，瓦斯壓力都起著重大作用。1）煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。徑向流動時，等瓦斯壓力線是一組同心圓，瓦斯流線沿圓的徑向發(fā)展，在煤礦井下，石門或鉆孔垂直貫穿煤層全厚時，煤層中的瓦斯流動就是徑向流動，如圖32所示圖32 煤層瓦斯徑向流動（3）球向流動球向流動的特點是等瓦斯壓力線為一組同心球體，瓦斯流線沿球的徑向發(fā)展。沿煤層開掘高度大于煤層厚度的巷道，巷道兩側煤層中的瓦斯皆沿垂直于巷道的方向流動，如圖31所示。從空間幾何形狀來看，在流動場內瓦斯的流動類型可分為單向流動、徑向流動和球向流動三種類型。從時間因素看，流動類型可分為穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動兩種類型，前者不隨時間變化，后者流動場隨時間而改變。，鉆孔瓦斯流量=，煤層透氣性系數取，在溫度，瓦斯的運動粘度=m2/s，帶入上式求得流動速度v為；v= =最終求得雷諾數為；==而層流雷諾數的最高臨界值是12，以上設定值為我國實測量的數倍到數十倍，仍小于層流雷諾數的最高臨界值12，可以看出煤層中的瓦斯流動是符合線性規(guī)律的層流，只有在發(fā)生瓦斯異常涌出如瓦斯噴出或煤與瓦斯突出時，才會出現(xiàn)紊流狀態(tài)。瓦斯在煤層中流動時的雷諾數由下式確定[9]： （）式中，——瓦斯在煤層中流動的雷諾數； ——瓦斯的流動運動粘度，m2/s； m——煤層孔隙率，m3/m3； ——煤層透氣性系數，； v——流動速度，m/s。這個定律說明水通過多孔介質的速度同水力梯度的大小及介質的滲透性能成正比?；颍瑩?，達西定律可以表示為： （）式中，v——滲流速度上式表明：滲流速度與水力坡度一次方成正比。根據達西定律表達式： （）式中，Q——單位時間滲流量；F——過水斷面；H——總水頭損失；L——滲流路徑長度；I=h/L——水力坡度；K——滲流系數。影響瓦斯流動的因素很多，如煤層賦存條件、瓦斯地質條件、煤層瓦斯壓力和含量、煤層透氣性大小以及采掘技術條件等都會影響到煤層中的瓦斯流動，但歸結起來主要影響因素是瓦斯壓力和煤層透氣性，前者是瓦斯流動的動力，后者是瓦斯流動的阻力。但這種瓦斯流動是極其緩慢的，在研究中一般忽略這種緩慢的瓦斯流動。對煤來講，粒度越小，比表面積將增加，吸附能力增強，但研究表明，由塊煤粉碎到6~325目的粉煤，總表面積增加量很小，粉煤對甲烷的吸附量與塊煤相當。煤對二氧化碳的吸附能力高于甲烷，對甲烷的吸附能力高于氮氣。煤對不同氣體的吸附量是不同的，不同氣體在煤表面的吸附熱不同。煤樣在達到臨界水分值（wc）以前，隨水分的增加，值變小，值增大；當達到或超過臨界水分值（wc）時，水分只是覆蓋在煤的顆粒外表面，和的值均不再隨水分的增加而變化[8]。一般認為煤中水分增高，吸附能力將降低，由于水分子同時可以被煤吸附，必定占據一定的表面積，致使甲烷的吸附量減少。吸附能力嚴格受溫度和壓力的影響，壓力增高，吸附量增加；溫度增高，吸附量減低。這樣煤的孔隙比表面積就隨之增加，這樣煤的吸附容積增大，煤對甲烷的吸附能力增強。研究表明，隨煤階增高煤的吸附能力增強。光亮型煤比暗淡型吸附能力強，所有顯微組分中鏡質組的吸附能力最強，穩(wěn)定組分和惰性組分較低。煤的物質組成包括有機顯微組分和礦物質，對煤的吸附能力起主控作用。（2）煤吸附能力的影響因素煤的吸附能力不僅受煤巖自身的性質所制約，還受許多外部因素的影響，如溫度、濕度、氣體成分、粒度等。瓦斯的吸附能力由以上吸附理論之一決定。A為一個分子從氣相到達吸附膜上那一點作的功，它是吸附量Q的函數，并可由氣液平衡狀態(tài)求得。5）微孔填充理論，認為對有些微孔介質（如煤、活性炭等），其孔徑尺寸與被吸附分子的大小相當吸附則可能發(fā)生在吸附劑的內部空間，即吸附是對微孔容積的填充而不是表面覆蓋。吸附勢場的作用力大的足以在吸附劑表面形成許多吸附層，吸附層處于受壓狀態(tài)，內層受壓最大，第二層次之；相應地密度依次減小，直至下降到與周圍氣體密度相同。其表達式為： （）x=p/p0式中，——蒸汽壓力，Pa； ——飽和蒸汽壓力，Pa； ——與氣體吸附和凝結有關的常數。3）分子層吸附理論BET方程[6]，是Langmuir單分子層吸附理論的擴展，該理論將Langmuir對單分子層假定的動態(tài)平衡狀態(tài)，用于各不連續(xù)的分子層，另外假設第一層中的吸附是靠固體分子與氣體分子間的范德華力，而第二層以外的吸附是靠氣體分子間的范德華力。1）單分子層吸附理論（Langmuir）等溫吸附方程，該方程是目前廣泛應用于瓦斯吸附的狀態(tài)方程[4]，其表達式為： （）式中，——吸附量，； ——Langmuir壓力，Pa； P——壓力，Pa； ——Langmuir體積。煤具有極其發(fā)育的微孔隙，有很大的比表面積，煤的天然孔隙率和裂隙率是煤的一個主要特征，它決定了煤的吸附容積和煤的儲存性能。微孔存在于煤基質部分，大孔系統(tǒng)由包圍煤基質被稱為割理系統(tǒng)的天然裂隙網絡組成。上節(jié)討論到煤層瓦斯含量的影響因素主要受到煤層保存瓦斯能力影響，下面主要研究煤層對瓦斯吸附能力。（7）水文地質條件盡管瓦斯在水中的溶解度僅1％~4％，但在地下水活躍的地區(qū)，水對瓦斯的釋放作用不可忽視。（6）巖漿活動巖漿活動對煤層瓦斯含量的影響較為復雜。4）煤層圍巖性質圍巖致密完整、不透氣時，煤層瓦斯易于保存，反之則容易使瓦斯逸散。煤層有露頭時，瓦斯有利于排放；無露頭時，瓦斯易于保存。在閉合和半閉合背斜轉折區(qū)，由于煤層運移路線加長和瓦斯排出口不斷縮小，增大了瓦斯運移的阻力，因此在同一開采深度下比構造兩翼瓦斯含量大，在向斜轉折處則相反，煤層瓦斯含量減小，這是由于供應瓦斯區(qū)域逐漸減小，瓦斯向地表運移的通道逐漸擴大的結果。斷層對煤層瓦斯含量可以有截然相反的兩種影響。2）地質構造地質構造對煤層瓦斯含量的影響也很明顯。如前文所述，雖然在煤化過程中，瓦斯生成量相當可觀，但在煤化過程中，大部分瓦斯都散逸到空氣中，可見，煤層瓦斯含量除與生成瓦斯量有關外，主要取決于煤生成后瓦斯運移條件和煤保存瓦斯的能力，綜合分析可以得到影響煤層瓦斯含量的因素有以下5個方面：1）煤田地質史從植物的堆積到煤炭的形成，經歷了長期復雜的地質變化，煤層中瓦斯生成量、煤田范圍內瓦斯含量的分布以及煤層向地表的運移，歸根結底取決于煤田的地質史條件。山東科技大學學士學位論文 瓦斯賦存與運移3瓦斯賦存與運移煤田形成后，煤變質生成的瓦斯經煤層圍巖裂隙和斷層向地表運動，地表的空氣生物化學及化學作用生成的氣體由地表向深部運動，由此形成了煤層中各種氣體成分由淺到深有規(guī)律的逐漸變化，前蘇聯(lián)礦業(yè)研究院通過大量的井下煤層組分和含量測定，將煤層瓦斯按賦存深度不同自上而下分為4個瓦斯帶：氮氣二氧化碳帶；氮氣帶；氮氣甲烷帶；甲烷帶[3]，各帶的煤層瓦斯組分含量見表3131瓦斯帶中各氣體含量瓦斯帶名稱二氧化碳氮氣甲烷％m3/t％m3/t％m3/tN2CO2帶20~80~20~80~0~100~N2帶0~200~80~100~0~200~N2CH4帶0~200~20~80~20~80~CH4帶0~100~0~200~80~100~瓦斯帶的前三帶統(tǒng)稱為瓦斯風化帶，在瓦斯風化帶開采煤層時，相對瓦斯涌出量不超過2，瓦斯對生產不構成主要威脅，我國大部分低瓦斯礦井都是在瓦斯風化帶內進行生產的。表23 成煤過程中生氣量 煤階褐煤長煙煤氣煤肥煤焦煤瘦煤貧煤長煙煤生氣量68168212229270287333419階段生氣量100441741174686但是，由于煤層在煤化過程中的埋深并不大，大部分生成的瓦斯都散逸到大氣中，最終存在于煤層中的瓦斯并不多，各煤化階段最終殘留氣體量見表24。我國《煤礦安全規(guī)程》中對礦井有害氣體的最高允許濃度規(guī)定見表22。④ 二氧化氮。③ 二氧化硫。② 一氧化碳。3）有毒氣體① 硫化氫。由于生物化學作用及表生作用（表生作用是指沉積巖抬升到近地表，在潛水面以下常溫常壓或低溫低壓的條件下，由于滲透水和淺部地下水的影響下所發(fā)生的變化。從煤、圍巖和地下水樣品中提取的瓦斯中，往往含有氮氣，其成因有以下幾個方面：空氣成因；古空氣存留氮；有機物分解。煤層中的二氧化碳來自以下4個方面：成煤過程中伴生的二氧化碳，尤其是巖漿巖侵入區(qū)；地表生物圈內生物的化學氧化反應產生的二氧化碳溶解于地下水中，由地下水攜帶運移到煤系地層中；有些煤田二氧化碳的生成與巖漿活動有關；某些碳酸鹽巖在火成巖高溫作用下能分解產生二氧化碳。2）窒息性氣體①二氧化碳。③氫氣。②重烴。有臭雞蛋氣味無色、有強烈硫磺味和酸味紅褐色、有強烈刺激氣味比重溶水性難溶微溶易溶易溶易溶極易溶爆炸性5％~16％％~75％不爆炸％～