瓦斯地质考点Word下载.docx

1、石炭二叠系的煤层经历的地质演化历史时间最长、经历的地质构造运动次数最多，地质构造复杂，煤层破坏程度高、煤层透气性低、煤化程度高、瓦斯含量高。 除沁水盆地、松辽盆地、鄂尔多斯盆地、准噶尔盆地外，90%以上高瓦斯矿区都是低渗难抽煤层。 瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体； 瓦斯地质学是研究瓦斯的形成、运移、赋存和发生瓦斯灾害的地质控制理论的一门交叉学科； 构造煤是煤层受地质构造挤压剪切破坏作用的产物。 瓦斯突出煤体是指含高能瓦斯的构造煤体。 煤是指植物遗体覆盖在地表之下压实转化而成的有机、可燃沉积岩 成煤条件 植物大量繁殖生长 大面积沼泽化的地理环境 气候温暖潮湿 地壳运动：持续缓慢沉降

2、 从植物死亡、堆积到转变为褐煤到无烟煤经过的一系列的演变过程被称为成煤作用。 高等植物死亡以后，变成泥炭的生物化学作用过程称为泥炭化作用 煤化作用是指已经形成的泥炭，因地壳下沉而埋藏于地下较深处后，在温度、压力和时间等因素的作用下转变成煤的过程。 煤的成岩作用是指已经形成的泥炭，因地壳下沉而埋藏于地下较深处后，在温度、压力等因素的作用下发生物理化学变化转变成年青褐煤的过程。 煤的变质作用是指年青褐煤，在更高的温度和压力及时间因素的作用下进一步发生物理化学变化转变成老褐煤、烟煤、无烟煤的过程。 含煤盆地是指赋存煤炭的沉积构造盆地。 特点： 含煤盆地形成于晚古生代石炭纪以来，在时间上具有不连续性，

3、在空间上具有不均匀性。 5个主要聚煤期：石炭纪聚煤期、二叠纪聚煤期、早中侏罗世聚煤期、晚侏罗至早白垩世聚煤期、晚白垩至始新世聚煤期，其中石炭纪和二叠纪聚煤期成煤量最多。 矿井瓦斯是指从煤层及煤层围岩中涌出的，以及在煤矿生产过程中产生的各种有害气体的统称。 矿井瓦斯成分很复杂，其主要成分是甲烷（CH4），其次是二氧化碳（CO2）和氮气（N2），还含有少量或微量的重烃类气体、氢、一氧化碳、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等。 广义：煤矿井下有害气体的总称。狭义：甲烷 煤层瓦斯是生于煤层、储于煤层的气体地质体。瓦斯形成和煤的形成是同时进行的且贯穿于整个成煤过程始终。 煤层瓦斯成因类型: 生物成因

4、和热成因 ? 生物成因 是指在相对低的温度（一般小于50）条件下，通过细菌的参与或作用，在煤层中生成的以甲烷为主并含少量其它成分的气体。 热成因 是指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而生成的瓦斯气体。 生物生成瓦斯可形成于早期生物地球化学煤化作用阶段，也可形成于煤层形成后因构造抬升而重新经受生物改造 瓦斯的原生生物成因 瓦斯的次生生物成因 第六节 瓦斯保存条件 一、地质构造演化对煤层瓦斯保存的影响 ? 瓦斯是气质地质体； 中国的石炭二叠纪含煤地层形成后主要经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等。每次构造运动的规模、涉及范围、构造应力场等均不尽相同； 煤层形成后在历经构

5、造运动中拉张裂陷、隆起剥蚀会使煤层瓦斯大量逸散； 煤层形成后在历经构造运动中挤压拗陷有利于瓦斯保存，挤压剪切易于形成构造煤、同时形成好的封闭条件； 二、不同地质构造类型及组合对瓦斯保存的影响 ?不同类型的地质构造在其形成过程中，于构造应力场及其内部应力状态的不同，导致煤层和盖层的产状、结构、物性、裂隙发育状况及地下水径流等条件出现差异，进而影响到煤层瓦斯的保存。 地质构造不同的部位及组合对瓦斯的保存、运移等都不尽相同。 褶曲构造对瓦斯保存的影响 ? 褶皱构造影响煤层瓦斯的保存为多数研究者所承认，也是煤矿开采实际所证明 ? 背斜和向斜特别是它们的轴部及其附近, 既有煤层瓦斯含量较高、或者发生瓦斯

6、涌出或发生煤与瓦斯突出的现象, 也有煤层瓦斯含量较低或不发生集中瓦斯涌出或煤与瓦斯突出 褶皱构造控制煤层瓦斯的基本类型 ? 背斜上层逸散型 ? 背斜下层聚集型 ? 向斜上层聚集型 ? 向斜下层逸散型 推覆构造对瓦斯保存的影响 一方面可形成区域性封盖条件；另一方面又可能强烈破坏煤层原生结构而使煤层渗透性降低 逆冲推覆断层面是阻隔瓦斯逸散的良好构造界面 伸展构造对瓦斯保存的影响 滑动构造属于伸展构造，有利于瓦斯释放。滑动构造易形成构造煤，且煤层厚度发生剧烈变化，不利于瓦斯顺煤层流动和运移，易于在煤厚急剧变化带局部聚集，增加突出的危险性。 断裂构造对瓦斯保存的影响 ? 断裂构造破坏了煤层的连续完整性

7、，使煤层瓦斯运移条件发生变化。 有的断层有利于瓦斯排放，有的断层对抑制瓦斯排放而成为逸散的屏障。 开放型断层、封闭型断层。 沉积作用对瓦斯保存的影响 ? 瓦斯形成于煤层，储于煤层； 聚煤特征、含煤岩系的岩性、岩相组成及其空间组合均受控于沉积环境。 沉积环境、沉积作用在很大程度上决定了瓦斯生成的物质基础以及煤储层、盖层的几何和物性特征 ? 通过煤层与围岩之间的组合关系影响到瓦斯的保存条件。 聚煤期前后沉积环境演化对瓦斯保存的影响 环境演化决定下伏、上覆地层厚度、岩性组合和厚度，关系到岩层的透气性。 （1）聚煤期前后平静水体环境有利瓦斯赋存 （2）聚煤期前后冲积环境沉积不利于瓦斯赋存 （3）含煤岩

8、系沉积旋回 含煤岩系中沉积旋回是否完整，以及含煤岩系沉积之后沉积环境的演化是否连续，对煤层瓦斯的保存都有一定影响。 四、煤层厚度对瓦斯保存的影响? 瓦斯的逸散以扩散方式为主，空间两点之间的浓度差是其扩散的主要动力。 在其他初始条件相似的情况下，煤储层厚度越大，达到中值浓度或者扩散终止所需要的时间就越长。 煤储层本身是一种高度致密的低渗透性岩层，上部分层和下部分层对中部分层有强烈的封盖作用，煤储层厚度越大，中部分层中煤层气向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对瓦斯的保存就越有利。 五、水文地质对瓦斯保存的影响 一是水力运移逸散作用； 二是水力封闭作用； 三是水力封堵作用。 七、煤层的埋藏深

9、度的影响 ? 煤层瓦斯运移的总趋势是瓦斯地层深部向地表逸散 ? 随着埋深的增加不仅会因地应力增高而使围岩的透气性降低，气体穿层逸散困难，而且瓦斯向地表运移的距离也增大 ? 一般来说，埋藏深度越深越利于封存瓦斯、而不利于逸散 八、岩浆活动的影响 ? 岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，瓦斯的生成量和吸附能力增大。 在缺少隔气盖层或封闭条件不好时，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。 岩浆岩体有时会使煤层局部被覆盖或封闭，形成隔气盖层，瓦斯得以保存 ? 但在某些情况下，于岩脉蚀变带裂隙增加，造成风化作用加强，可逐渐形成裂隙通道，有利于瓦斯的

10、排放。 岩浆活动对瓦斯赋存既有生成和保存作用，在某些条件下又会增加瓦斯逸散的可能性。因此，在研究岩浆活动对煤层瓦斯的影响时，要结合地质背景作具体分析。 总的来看，岩浆侵入煤层有利于瓦斯生成和保存的现象比较普遍。 瓦斯赋存构造逐级控制理论 ? 板块构造碰撞、区域构造挤压形成挤压隆起区，煤层上覆地层隆起、剥蚀，瓦斯大量逸散，形成低瓦斯区； 区域拉张控制着矿区、矿井、工作面拉张应力场及其拉张、裂陷构造的形成，使大量瓦斯逸散，加深瓦斯风化带深度，形成低瓦斯煤层、低瓦斯矿井 ? 运用板块构造理论、区域地质演化理论，研究构造演化及对构造形成、瓦斯赋存的控制作用，掌握瓦斯赋存规律；逐级揭示挤压构造区、瓦斯富

11、集区、构造煤发育区，圈定瓦斯突出危险区；逐级揭示隆起剥蚀区、拉张裂陷区，圈定非突出危险区；进行煤层气抽采区块分级。 板块构造理论区域构造演化区域构造特征深断裂活动带区域构造隆起带区域构造拗陷带逆冲推覆构造带构造运动演化印支运动演化燕山运动演化喜山运动演化现代地球动力学其他活动区域岩浆活动区域水文地质造山带矿区瓦斯赋存构造逐级控制特征矿区大地构造位置与构造应力场演化矿井瓦斯赋存构造逐级控制特征压扭性断裂张扭性断裂背斜构造向斜构造滑动构造构造煤分布岩浆侵入水文地质采区采面瓦斯地质规律与瓦斯预测瓦斯赋存状态 游离瓦斯以自气体分子存在于煤体或围岩的较大裂隙、孔隙和空洞之中。 吸附瓦斯 吸着状态: 在与

12、颗粒固体在分子之间引力作用下，被吸着在煤体孔隙的内表面上。 吸收状态: 瓦斯分子进入煤体颗粒结构内部，与煤体固体分子相结合。 （1） 瓦斯吸附状态转化为游离状态的现象，称为解吸； （2） 瓦斯游离状态转化为吸附状态的现象，称为吸附； 影响煤吸附性的因素 煤吸附性大小主要取决于3个方面的因素： 煤结构、煤的有机组成和煤的变质程度； 被吸附物质的性质； 煤体吸附所处的环境条件。 煤化变质程度 煤中水分 瓦斯成分 瓦斯压力 破坏程度 吸附平衡温度 等。 1瓦斯压力的影响 给定温度下，随着瓦斯压力的升高，煤体吸附瓦斯量增大。当瓦斯压力增加到一定值后，吸附的瓦斯的吸附量增加较缓慢将趋于定值 吸附温度的影

13、响 目前的实验研究表明：温度升高，瓦斯分子活性增大，不易被煤体吸附；同时，已被吸附的瓦斯分子在温度升高时易于获得动能，发生脱附现象，吸附瓦斯量降低。 3瓦斯成分的影响 单组分时，煤对气体的吸附能力：CO2CH4N2 ? 煤对混合气体不同组分的吸附能力不同： 混合气体各组分的百分比不同、分压不同，所得的吸附等温线也不同。煤对混合气体的吸附性与混合气体中各组分的吸附性强弱有关，煤对混合气体的吸附性与混合气体中各组分的分压有关。 煤对混合气体中各组分的吸附量比对强吸附组分单独作为吸附质时的吸附量要小，这说明煤对混合气体的吸附不仅与煤的性质有关，还与混合气体中各组分的组合类型有关。煤对CO2与CH4、

14、CH4与N2组成的混合气体及CO2、CH4、N2的吸附性强弱顺序依次为：CO2CO2+CH4 CH4 CH4 + N2 N2 。 4煤的变质程度的影响 煤的变质程度对煤的瓦斯生成量及比表面积有较大影响。随着煤变质程度的增加，煤对甲烷的吸附能力先减小，再变大，呈U型变化，见下图。从中变质烟煤到无烟煤，吸附量相应增加。 因为随着煤的变质程度的增加，煤的孔隙体积先减小，后变大，煤的孔隙比表面积变化也是先减小后增加。 5煤中水分的影响 水分的增加会使煤的吸附能力降低。 煤层瓦斯含量:单位质量或体积的煤中所含的瓦斯量，单位是m3/t 原始瓦斯含量：煤层未经采动影响时的瓦斯含量。 残存瓦斯含量：煤层受到采动影响，已经排放部分瓦斯，则剩余在煤层中的瓦斯含量。 可解吸瓦斯含量：煤自原始瓦斯含量与在瓦斯压力下煤层残存瓦斯含量之差。 影响煤层瓦斯含量的主要因素 煤的变质程度：煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。当其它条件相同，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量就越大。 煤层围岩性质：围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散。 煤层赋存条件：煤层有露头瓦斯易于排