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煤层气是全国科学技术名词审定委员会公布的一个科技名词。

汉字作为一种形、音、义三位一体的符号系统[1],源于日月鸟兽之形,作为中华文明之标志[2],连接中华民族的历史、现在和未来,方正之间充满美感。

名词解释

煤层气(游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体)一般指煤矿瓦斯 又称煤层瓦斯(gas of coalseam)、煤层气。从煤和围岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等组成的混合气体。瓦斯是煤矿生产中的有害因素,它不仅污染空气,而且当空气中瓦斯含量为5%~16%时,遇火会引起爆炸,造成事故。

瓦斯爆炸是可以预防的,瓦斯突出(gas outburst)也是可以预测的,如经常测量巷道空气中的瓦斯含量,测量瓦斯涌出量,并采取有效通风、严禁烟火、预先抽放、开采保护层、人工突出等措施,可以保障煤矿生产的安全。重要的是应该研究解决煤矿瓦斯的综合利用问题,变害为利,专门抽放集中瓦斯用作气体燃料和制造炭黑等。根据1昼夜内每开采l吨煤涌出的平均瓦斯量和瓦斯涌出形式,分为:低瓦斯矿井,10立方米及其以下;高瓦斯矿井,10立方米以上;煤与瓦斯突出矿井,地质勘查部门应为矿井设计和建井提供资料。在采煤之前先开采煤层气能有效地减少煤矿瓦斯。

参数测定

瓦斯是指矿井中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体,有时单独指甲烷。瓦斯是一种无色、无味、无臭、可以燃烧或爆炸的气体,难溶于水,扩散性较空气高。瓦斯无毒,但浓度很高时,会引起窒息。

瓦斯在煤层中的赋存形式主要有两种状态:在渗透空间内的瓦斯主要呈自由气态,称为游离瓦斯或自由瓦斯,这种状态的瓦斯服从理想气体状态方程;另一种称为吸附瓦斯,它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒内部,占据着煤分子结构的空位或煤分子之间的空间。实测表明,在开采深度下(1000~2000m以内)煤层吸附瓦斯量占70%~95%,而游离瓦斯量占5%~30%。

煤层瓦斯含量是指单位质量煤体中所含瓦斯的体积,单位为m3/t。煤层瓦斯含量是确定矿井瓦斯涌出量的基础数据,是矿井通风及瓦斯抽放设计的重要参数。煤层在天然条件下,未受采动影响时的瓦斯含量称原始含量;受采动影响,已有部分瓦斯排出后而剩余在煤层中的瓦斯量,称残存瓦斯含量。影响煤层原始瓦斯含量的因素很多,主要有:煤化程度、煤层赋存条件、围岩性质、地质构造、水文地质条件等。

涌出等级

开采煤层时,煤体受到破坏或采动影响,贮存在煤体内的部分瓦斯就会离开煤体而涌入采掘空间,这种现象称为瓦斯涌出。矿井瓦斯涌出形式可分普通涌出和特殊涌出两种。

矿井瓦斯涌出量是指开采过程中正常涌入采掘空间的瓦斯数量,瓦斯涌出量的表示方法有两种:绝对瓦斯涌出量——单位时间涌入采掘空间的瓦斯量,单位为m3/min;相对瓦斯涌出量——单位质量的煤所放出的瓦斯数量,单位为m3/t。

影响矿井瓦斯涌出量的因素主要有煤层瓦斯含量、开采规模、开采程序、采煤方法与顶板管理方法、生产工序、地面大气压力的变化、通风方式和采空区管理方法等。

《煤矿安全规程》规定,一个矿井中只要有一个煤(岩)层发现瓦斯,该矿井即为瓦斯矿井。瓦斯矿井必须依照矿井瓦斯等级进行管理。

根据矿井相对瓦斯涌出量、矿井绝对瓦斯涌出量和瓦斯涌出形式划分为:低瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。

低瓦斯矿井:矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t且矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min;

高瓦斯矿井:矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t或矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min;

煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井:矿井在采掘过程中,只要发生过一次煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出,该矿井即定为煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出矿井。

《煤矿安全规程》规定:每年必须对矿井进行瓦斯等级和二氧化碳涌出量鉴定。

瓦斯喷出

矿井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。在20 m巷道范围内,涌出瓦斯量大于或等于1.0m3/min,且持续时间在8h以上时,该采掘区域即定为瓦斯喷出危险区域。

瓦斯喷出的预兆:矿压活动显现激烈,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。

另外,还存在煤(岩)与瓦斯(二氧化碳)突出,即在地应力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)由煤体或岩体内突然向采掘空间抛出的异常动力现象。煤(岩) 与瓦斯(二氧化碳)突出具有突发性、极大破坏性和瞬间携带大量瓦斯(二氧化碳)和煤(岩)冲出等特点,能摧毁井巷设施、破坏通风系统、造成人员窒息,甚至引起瓦斯爆炸和火灾事故,是煤矿最严重的灾害之一。突出发生前通常有地层微破坏、瓦斯涌出变化、煤层层理紊乱、钻孔卡钻夹钻、煤壁温度降低、散发煤油气味、煤层产状发生变化等预兆

瓦斯爆炸

矿井瓦斯不助燃,但它与空气混合成一定浓度后,遇火能燃烧、爆炸。瓦斯爆炸时会产生3个致命的因素:爆炸火焰、爆炸冲击波和有毒有害气体。瓦斯爆炸不仅造成大量的人员伤亡,而且还会严重摧毁矿井设施、中断生产。矿井瓦斯爆炸往往引起煤尘爆炸、矿井火灾、井巷坍塌和顶板冒落等二次灾害 。

引起瓦斯燃烧与爆炸必须具备3个条件:一定浓度的甲烷、一定温度的引火源和足够的氧气。

参考文献