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第九章 矿井瓦斯（第一、二节、三节（一）） 教学目标：掌握矿井瓦斯的定义、性质和危害；了解瓦斯的成因与赋存；掌握瓦斯垂直分带的概念和瓦斯含量的概念，理解影响瓦斯含量的因素；掌握瓦斯压力的概念，能够熟练应用瓦斯压力梯度预测瓦斯压力；掌握瓦斯涌出量的概念理解影响瓦斯涌出量的因素。 教学重点：瓦斯含量的概念和影响因素、瓦斯涌出量的概念和影响因素 教学难点：瓦斯含量及瓦斯涌出量的影响因素 学时安排：2 复习旧课： 引入新课：在日常生活中，人们一谈起沉船、空难、交通事故、火灾等，无不为之大惊失色，殊不知瓦斯事故更是令人惊骇、痛心。瓦斯事故已占全国煤矿重大事故总数的70％以上。在近代煤炭开采史上，瓦斯灾害每年都造成许多人员伤亡和巨大的财产损失。因此，预防瓦斯灾害对煤炭工业的健康持续发展，具有重要意义。 讲授新课： 第一节 概述 一、瓦斯的定义 广义上：矿井瓦斯是煤矿生产过程中，从煤、岩内涌出的以甲烷为主的各种有害气体的总称。煤矿井下的有害气体有甲烷（沼气）、乙烷、二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、二氧化硫、氮氧化物、氢、氮等，其中甲烷所占比重最大，在80％以上。 狭义上：矿井瓦斯单指甲烷。 二、瓦斯的化学性质 瓦斯的化学名称叫甲烷 CH4 ，是无色、无味、无毒的气体。瓦斯混合到空气中后，既看不见，又摸不着，还闻不出来，只能依靠专门的仪器才能检测到。湖南省嘉禾县何家山煤窑糊涂地认为瓦斯大时能用鼻子闻出来，他们没有瓦斯检测设备，靠人闻瓦斯，1989年4月28日发生特大瓦斯爆炸事故，当场死亡17人。甲烷分子的直径为0.3758×10-9m，可以在微小的煤体孔隙和裂隙里流动。其扩散速度是空气的1.34倍，从煤岩中涌出的瓦斯会很快扩散到巷道空间。甲烷标准状态时的密度为0.716kg／m3，比空气轻，与空气相比的相对密度为0.554。瓦斯微溶于水。 三、瓦斯的“三害一用” 1．窒息：甲烷虽然无毒，但其浓度如果超过57％，能使空气中氧浓度降低至10％以下。瓦斯矿井通风不良或不通风的煤巷，往往积存大量瓦斯．如果未经检查就贸然进入，因缺O2而很快地昏迷、窒息，直至死亡，此类事故在煤矿井不鲜见。举例：矿大学生解手时窒息死亡。 2．燃烧爆炸：瓦斯在适当的浓度能燃烧和爆炸。 3．突出：在煤矿的采掘生产过程中，当条件合适时，会发生瓦斯喷出或煤与瓦斯突出，产生严重的破坏作用，甚至造成巨大的财产损失和人员伤亡。 4．利用：瓦斯可作为燃料和化工原料（碳黑和甲醛）。把煤层中的瓦斯抽到地面可以变害为利。 第二节 煤层瓦斯赋存与含量 瓦斯，这一煤炭生成过程中的伴生物，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》（1637年）一书中曾介绍，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，英国和其他西欧国事在采煤时，也遇到了“有害的”气体，但并未引起人们的重视。直到18世纪初期英国有的矿井开始发生瓦斯爆炸，导致了人员和设备财产的严重损失后，才逐渐引起人们的重视，并开始研究爆炸的原因及应采取的防范措施。但是，有关瓦斯生成及来源的问题．直到20世纪40年代才开始逐步引起人们的重视，并对此进行研究。 一、瓦斯的成因与赋存 （一）矿井瓦斯的生成 煤矿并下的瓦斯主要来自煤层和煤系地层，关于它的成因学说有多种多样。但是．目前国内外多数学者认为煤中的瓦斯是在成煤的煤化作用过程中形成的．即有机成因说。 有机成因说认为：煤层瓦斯是腐植型有机物 植物 在成煤过程中生成的。成气过程可分为两个阶段。 （1）生物化学成气时期：从植物遗体到泥炭居于生物化学成气时期。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。在植物沉积成煤初期的泥炭化过程中，有机物（主要成分纤维素和木质素）在隔绝外部氧气进入和温度不超过65℃的条件下，被厌氧微生物分解为CH4、CO2和H2O。由于这一过程发生于地表附近，上覆盖层不厚且透气性较好，因而生成的气体大部分散失于古大气中。随泥炭层的逐渐下沉和地层沉积厚度的增加，压力和温度也随之增加，生物化学作用逐渐减弱并最终停止。 （2）煤化变质作用时期：从褐煤到烟煤，直到无烟煤属于煤化变质作用成气时期。随着煤系地层的沉降及所处压力和温度的增加，泥炭转化为褐煤并进入变质作用时期，有机物在高温、高压作用下，挥发分减少，固定碳增加，这时生成的气体主要为CH4和CO2。这个阶段中，瓦斯生成量随着煤的变质程度增高而增多。但在漫长的地质年代中，在地质构造 地层的隆起、浸蚀和断裂 的形成和变化过程中，瓦斯本身在其压力差和浓度差的驱动下进行运移，一部分或大部分瓦斯扩散到大气中，或转移到围岩内。所以不同煤田，甚至同一煤田不同区域煤层的瓦斯含量差别可能很大。 （二）、瓦斯在煤体内存在的状态 瓦斯以游离和吸附这两种状态存在于煤体内。见课本p183图9