瓦斯地质学　全套讲义.docVIP

第一章 绪论 瓦斯地质学的概念、研究内容、研究的目的和意义，研究的方法： 瓦斯地质学是研究煤层瓦斯的形成、赋存和运移以及瓦斯地质灾害防治理论的交叉学科。研究的内容包括：煤层瓦斯的形成过程研究或者说煤层瓦斯组成与煤级的关系研究；瓦斯在煤层内的赋存与运移；煤与瓦斯突出机理研究；构造煤特征研究；地质构造控制煤与瓦斯突出理论；煤与瓦斯突出预测方法与控制措施；瓦斯资源地面开发；瓦斯地质图编制。研究的意义：瓦斯是影响煤矿安全生产的有害气体，控制瓦斯涌出量、减少煤与瓦斯突出动力灾害，可以提高煤矿安全性；瓦斯是温室效应气体，同时是清洁能源，提高煤层瓦斯抽采率可以保护大气环境，提高资源利用率。研究的方法：利用地质统计法、钻探、探掘、地球物理方法，结合煤田地质、构造地质和水文地质等理论综合研究。 （一）、煤层气和瓦斯的概念 近来，人们采用术语“煤层气”一词，意指赋存在煤层里的天然气。此术语翻译自英语“coalbed gas”。如果讨论“煤层气”的成分，则包含甲烷、重烃、二氧化碳、氮等多种气体成分。如果计算“煤层气”的含量或资源量（储量），又仅指甲烷一种气体的量。“瓦斯”是我国采煤界习惯用的术语。广义上讲，瓦斯是煤矿井下除大气以外的气体的总称,包含：赋存在煤层及岩层里并涌入到矿井的天然气、矿井生产过程中生成的炮烟和其它废气、井下各种化学及生物化学反应生成的气体、深源放射性物质蜕变生成的气体、自地下水释放出的气体等多种来源的气体。包括：甲烷（CH4）、重烃（即乙烷C2H6、丙烷C3H8、丁烷C4H5）、氢（H2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）等。 “瓦斯”一词的常用含义有以下两种： 1, 煤矿井下工程里的甲烷（CH4），又称沼气，有时还指二氧化碳（CO2）；在确定“瓦斯风化带”时又指甲烷、二氧化碳和氮(N2)三种气体。通常所称的“瓦斯涌出量”往往仅指甲烷一种气体的涌出量，不包含二氧化碳和氮的量。 2，赋存在煤层和岩层里，尚未涌入矿井的天然气。在分析其成分时，通常只分析甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）、氮(N2)等三种气体成分，有时还分析重烃；特殊需要时才分析其他气体成分。通常所称的 “煤层瓦斯含量”又仅仅指甲烷一种气体的含量，所称的“瓦斯资源量（储量）”也仅仅指甲烷一种气体的资源量（储量）。如果计算二氧化碳含量，则需说明。 （二）“瓦斯抽采（放）”和“煤层气地面开发” 自上世纪50年代我国煤矿开始从待采煤层里先抽放瓦斯，现在国家要求所有高瓦斯矿井都必需“先抽后采”，保证安全采煤；还要求利用抽出的瓦斯，减少向大气排放瓦斯。为此将“瓦斯抽放”改称“瓦斯抽采”。近来我国瓦斯抽采量大幅度增加。 自上世纪70年代美国开始“煤层气地面开发”试验，取得商业化开发成功。我国研究与试验“煤层气地面开发”始于上世纪80年代。目前进展最好的试验区在山西省沁水盆地东南的晋城矿区。 “瓦斯抽采”与“煤层气地面开发”两类采气方法的根本区别是： 瓦斯抽采——在煤矿已开拓的地区，从煤矿井下，也可以从地面抽采已受过采掘影响的煤层中的瓦斯；其首要任务是保障煤矿生产安全，同时利用被抽采出来的瓦斯。抽采规模取决于采煤的需要。抽采瓦斯的成本主要或全部被计入采煤成本。 煤层气地面开发——在未建煤矿或煤矿未开拓的地区，引用开采常规天然气的技术从地面开采尚处于自然状态下的煤层气；其任务是煤层气资源开发利用，当然也将有利于将来在该地区安全采煤。煤层气地面开发必需达到商业性开发的规模。 这两种方法开采与利用甲烷都将减少向大气排放甲烷，具有重要的环境意义。 第二章 煤层瓦斯的形成理论 一、煤的形成与演化 1，成煤母质——植物（低等、高等） 2，成煤环境——泥炭沼泽 3，地质构造条件——缓慢下沉 4，成煤作用阶段—— 第一阶段：泥炭化作用阶段,植物残体经生物-地球化学作用演化成泥炭; 第二阶段：煤化作用阶段, 泥炭经地球化学作用演化成煤. 由褐煤演化成烟煤，再到无烟煤，称为“煤变质作用”。 植物——→泥炭——→ 褐煤——→烟煤——→无烟煤——→石墨 ∣←泥炭化作用→∣←———— 煤化作用 ———→ ∣石墨化作用 ∣←—— 变质作用———→∣ 二、煤的成分和种类 煤是自然界成分最复杂的一类岩石，属沉积岩中的生物化学岩类。 1，煤是三相物质的复合物，又是有机质和无机质的复合物 固相——有机显微组分（macerals）和矿物（minerals）； 液相——水和极微量的液态烃（石油）； 气相——瓦斯（甲烷、二氧化碳、氮）。 其中有机显微组分、液态烃和甲烷属有机质；矿物、水、二氧化碳、氮属无机质。所以煤是有机质和无机质的复合物。