瓦斯是如何形成的？

文摘 2024-08-24 09:20 江苏

煤矿生产过程中，瓦斯一直是矿井生产最主要的一个危险源，其危害则是煤矿中最严重的灾害之一。瓦斯突出不仅能摧毁井巷设施，破坏矿并通风系统，造成人员窒息、煤流埋人，甚至会引起瓦斯爆炸与火灾事故，一旦发生爆炸极易引发巷道冒顶片帮等二次灾害，造成更严重损失。

煤矿井下一次死亡人数多的重大事故主要是瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故，因此瓦斯灾害治理成为矿井灾害防治最重要的任务之一。

瓦斯是指地下矿山中主要由煤层气构成的以甲烷为主的有害气体，通常所指的是甲烷（CH4）,主要来自煤层和煤系地层，在成煤作用过程中产生。

一、煤矿瓦斯的性质

瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体。在标准状态(温度为0℃,大气压为101325 Pa)下，瓦斯密度为0.7168 kg/m3，相对空气的密度为0.554，由于瓦斯比较轻，故常常积聚在巷道顶部、上山掘进工作面、顶板冒落空洞中。瓦斯难溶于水，在20℃、101325 Pa条件下，溶解度为3.5L/100L水。瓦斯扩散性很强，扩散速度是空气的1.34倍，在空气中会很快地扩散。瓦斯本身无毒，但当空气中瓦斯含量大于50%时，极易造成人员缺氧而窒息死亡。瓦斯本身不燃烧、不爆炸，但当与空气混合达到一定含量后，遇到高温火焰时能够燃烧或爆炸。

二、瓦斯的生成及其影响因素

(一)瓦斯的生成

瓦斯的生成与煤的成因息息相关，从植物死亡、堆积到转变为煤，这一系列演变过程都伴随着烃类、二氧化碳、氢和稀有气体的产生。大体可以将成煤过程分为两个造气时期，即生物化学造气时期和煤化变质作用造气时期。

1.生物化学造气时期瓦斯的生成

这一时期是成煤作用的第一阶段(泥炭化或腐泥化阶段)，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。其化学反应式为

此阶段，泥炭层埋深浅，上覆盖层的胶结固化不好，生成的瓦斯通过渗透和扩散容易排放到古大气中，一般不会保留在现有煤层内。随后泥炭层下沉，上盖层变厚，在一定的温度和压力作用下泥炭转化为褐煤，逐渐进入变质作用阶段。

2.煤化变质作用造气时期瓦斯的生成

这一时期是成煤作用的第二阶段，是泥炭、腐泥在一定的温度和压力作用下变化为煤的过程。该阶段褐煤层进一步沉降，在高温及其相应压力作用下有机质分解生成二氧化碳、瓦斯和水。随着变质作用的加深，瓦斯的含量越来越大。

(二)瓦斯生成的影响因素

由于煤层中的瓦斯主要是煤化作用的产物，所以瓦斯含量的多少和煤岩组分、煤化作用程度等因素有关。

1.煤岩组分

煤岩显微组分是组成煤的基本岩石学单元，可分为镜质组、惰质组、壳质组。在同一煤化作用阶段，相对于惰质组而言，镜质组含碳量少，含量多，挥发分产率高，瓦斯生成量大，而壳质组在整个成煤过程中都产生瓦斯，挥发分和烃产率最高，但在煤中所占比例小。

煤岩组分与瓦斯吸附量之间存在密切关系，吸附程度的差异引起瓦斯含量的差。瓦斯的吸附量随着煤化作用阶段的不同而存在差异，经分析发现，镜质组在肥煤阶段瓦斯吸附量最小，此后吸附量迅速增加，并在焦煤、瘦煤中间的某一阶段超过惰质组。惰质组瓦斯吸附量随着煤化程度提高而缓慢增加。

2.煤化作用程度

在煤化作用过程中，随着煤化程度的提高，煤的气体渗透率下降,储气能力提高，气体向地表运移能力减弱，煤层中微孔或超微孔所占比例提高进而煤的吸附力增强，最终累积产生的瓦斯量就越多。

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