煤层瓦斯的生存与赋存

摘要：煤矿井下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，关于它的成因可以认为是在成煤作用过程中伴生的。煤的原始母质沉积以后，一般经历两个成气时期：从泥炭到褐煤的生物化学成气时期和在地层的高温高压作用下从烟煤直到无烟煤的变质作用成气时期。瓦斯的生成和煤的形成是同时进行且贯穿于整个成煤过程的。

关键词：煤层瓦斯 生存

前言

瓦斯(甲烷)，这一煤炭开采过程中的伴生物，早在15世纪就开始为人们所认识。我国明代宋应星在《天工开物》(出刊于1637年)一书中曾介绍过，在煤炭开采时，煤层中存在着一种能使人窒息和可燃爆的气体，并提出了利用竹管引排的方法。16世纪末，英国和其他西欧国家在采煤时，也遇到了“有害的”气体，但并末引起人们的重视。只是到了18世纪初期，英国有的深并开始发生瓦斯爆炸。

1、煤层瓦斯的生成

1.1生物化成气时期瓦斯的形成

这个时期是从成煤原始有机物堆积在沼泽相和三角洲相环境中开始的。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。该过程用纤维累的化学反应式表示：

4C6H10O67CH4十8CO2十3H2O十C9H6O

或2C6Hl0O6CH4十2CO2十5H2O十C9H6O

1.2变质作用时期瓦斯的生成

褐煤层进一步沉降，便进入变质作用造气阶段。在100℃高温及其相应的地层压力下．煤层中的煤体就会产生强烈的热力成气作用。在变质作用的初期，煤中有机质基本结构单元主要是带有羟基(一OH)、甲基〔一CH3)、羧基(一COOH)、醚基(一O一)等侧链和官能团的缩合稠环芳烃体系，煤中的碳元素则主要集中在稠环中。由于一般情况下，稠环的键结合力强、稳定性好，侧链和官能团之间及其与稠环之间的结合力弱、稳定性差．因此，随着地层下降，压力及温度的增大与升高，侧链和官能团即不断发生断裂与脱落，生成CO2、CH4、H20等挥发性气体变质作用过程中有机质分解、脱出甲基侧链和含氧官能团而生成C02、CH4和H2O是煤成气形成的基本反应，煤化作用过程中生成的瓦斯以甲烷为主要组分。 在瓦斯产出的同时，芳核进一步缩合，碳元素进一步集中在碳网中。随着变质作用的加深，基本结构单元中缩聚芳核的数目不断增加，到无烟煤时，主要由缩聚芳核所组成。从烟煤到无烟煤．煤的变质作用程度越高，生成的瓦斯量也越多。

2、瓦斯生成的影响因素及其分折

2.1煤岩组分

煤是一种固体可燃有机岩，其岩石组成比较复杂。煤岩显微组分是组成煤的岩石学单元，可分成镜质组、惰质组和壳质组。从煤岩学角度看，煤层瓦斯的生成取决于成煤作用和煤岩显微组成。在同一煤化作用阶段，相对情质组而言，镜质组碳含量少，氢含量多，挥发分产率高，瓦斯生成量大。壳质组在整个成煤过程中都产生瓦斯，其挥发分产率和烃产率最高．但是．它在煤中所占比例很少。

2.2煤化作用程度及其变质分带

在煤化作用过程中．瓦斯将不断地产生，煤化作用程度越高，累积产生的瓦斯量就越多。其主要原因是：第一，煤层瓦斯的伴生量直接依赖于煤化作用程度；第二，随着煤化作用程度的加深，煤的气体渗透率下降．煤的储气能力提高，气体沿煤层向地表运移能力减弱；第三，煤化作用程度越高．煤中微孔隙和超微孔隙所占比例提高，煤的吸附能力增强。因此，煤化作用程度不仅影响瓦斯的生成量，而且对瓦斯的吸附能力也有影响。在成煤初期，褐煤的结构琉松，孔隙率大、瓦斯分子能渗入煤体内部；但是，由于该阶段瓦斯生成量较少且不易保存，煤中实际所含瓦斯量并不大。在变质作用过程中。由于地应力的作用，煤的孔隙率减少，煤质渐趋致密，如长焰煤，其孔隙相比表面积都比较小，所以吸附瓦斯的能力并不大，其吸附量一般在20 m3／t~30m3／t。随着变质作用程度提高，在高温、高压作用下，媒体内部因于馏作用而生成许多微孔隙，使煤的表面积到无烟煤时为最大；因此，无烟煤吸附瓦斯的能力最强，可达50m3／t~60m3／t。

3、煤层瓦斯的赋存

瓦斯在煤层中的贩存状态一般有两种，即吸附状态和游离状态。而煤层瓦斯含量实际上是指吸附瓦斯量和游离瓦斯量之和，其值的大小往往是评价煤层瓦斯储量和是否具有抽放价值的重要指标。由上述可知．在成煤过程中，瓦斯的生成量是十分可观的；但是、在现实际情况中．煤层中赋存的瓦斯量却比生成量要少得多。其原因就在于大量瓦斯在生成的同时，得到不断地排放。亦即，现今煤层中瓦斯量的大小不仅取决于成煤中生成量的多少，而且还与煤层及围岩的赋存条件有关。目前的实验表明：在煤的瓦斯含量中，一般吸附瓦斯占80％一90％；而吸附瓦斯的多少，主要取决于煤对瓦斯的吸附能力、瓦斯压力和温度等条件，吸附瓦斯在煤中主要是以单分子层吸附的状态附着于煤的表面。

结语

矿井瓦斯防治工作历史悠久。但是，在我国，瓦斯防治工作真正得到重视和落实则是在解放后，尤其是在80年代以后，投入了大量的人力、物力和财力从事矿井瓦斯灾害发生机理、预测预报和防治技术的研究工作，对我国矿井瓦斯防治理论和技术取得进步有重要意义。

参考文献：

[1]周世宁，林柏泉．煤层瓦斯赋存与流动理论[M]．北京：煤炭工业出版社．1997

[2]俞启香．矿井瓦斯防治[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1992

[3]王佑安．煤矿安全手册[M]．第二篇矿井瓦斯防治．北京：煤炭工业出版杜1995