瓦斯防治--第2章选编.ppt

第二章;一、煤层瓦斯流场的分类 煤层内瓦斯流动空间的范围称为流场。流场内瓦斯呈现流动。有一定的流向和流速 1、按流场的流向分类 A）单向流动（一维）：在x、y、z三维空间中，只有一向有流速。 如:薄及中厚煤层掘进 面,采煤工作面煤壁。;B）径向流场：在x、y、z三维空间中，两个方向有流速。 如：石门、竖井、钻孔垂直穿透煤层时。 等压瓦斯线平行煤壁近似同心圆形。 ;C）球向流场：在x、y、z三维空间中，三个方向均有流速。 如:厚煤层中煤巷掘进工作面煤壁内、钻孔或石门进入煤层等。 2、流场稳定性分类 稳定流场---流场内任何一点的流速、 流向、瓦斯压力均不随时间变化。 非稳定流场---反之。 ;2 矿井瓦斯涌出 2.1 煤层瓦斯流动的基本规律;2 矿井瓦斯涌出 2.1 煤层瓦斯流动的基本规律;2、煤粒扩散运动方程 若煤层由服从Fick定律的煤粒组成，根据Fick定律和质量守恒定律，得煤粒扩散运动微分方程： 式中：X----煤粒瓦斯含量； r----煤粒内任一点半径。 3、瓦斯渗透运动 瓦斯在中孔（＞1μm）以上的孔隙或裂隙内，由于压差作用下而产生的运动。 流态：层流，粘性力为主，Re＜1~10。 紊流，惯性力为主 ;① 线性层流渗透定律----Darcy定律 表述式： 式中：K----煤层的渗透率，m2； μ----流体的绝对粘度，Pa.S; ----流体的压力梯度，Pa/m。 Darecy定律适应范围讨论： a) 低Re区，Re＜1~10，为线性流，符合Darecy定律； b) 中Re区，Re=10~100，非线性渗流，不符合Darecy定律； c）高Re区，Re＞100，紊流区。 大多数情况下，煤层的瓦斯流动表现为服从Darecy定律。;2 矿井瓦斯涌出 2.1 煤层瓦斯流动的基本规律;三、煤层透气性系数 是煤层瓦斯流动难易程度的标志。 1、渗透系数（k） Darecy定律： k----渗透率，表示孔隙—裂隙介质特征的参数。 注：只与孔隙介质的孔隙多少、大小、形态、连通状况等有关，与流体的性质和压力无关。 2、透气系数（λ） 利用等温气体状态方程（pv=p0v0）对Darecy表达式进行变换得：;2 矿井瓦斯涌出 2.1 煤层瓦斯流动的基本规律;一、瓦斯涌出的概念 1、瓦斯涌出量的含义 ---- 指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。 它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。 2、瓦斯涌出量表示方法 A）绝对瓦斯涌出量 ----单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min： Qg=Q×C/100 式中：Qg－绝对瓦斯涌出量， m3/min； Q－风量， m3/min； C－风流中的平均瓦斯浓度，％。 ;B）相对瓦斯涌出量 ---矿井正常生产条件下，平均日产一吨煤所涌出的瓦斯体积。 qg=Qg/A 式中：qg －相对瓦斯涌出量，m3/t； Qg －绝对瓦斯涌出量，m3/d； A －日产量，t/d 说明： 相对瓦斯涌出量单位的表达式虽然与瓦斯含量的相同，但两者的物理含义是不同的，其数值也是不相等的。;3、瓦斯涌出强度----比瓦斯涌出量 ----单位时间（min or d），单位暴露面积（cm2 or m2）涌出的瓦斯体积。 单位：m3/(d.m2)，m3/(min.m2)，cm3/(min.cm2)。;4、瓦斯涌出形式 ----指矿井瓦斯在时间、空间上的分布形式。 （1）普通涌出 ----长时间地、均匀地从煤体中涌出瓦斯。 特点：时间上：连续不断 空间上：普遍存在 涌出强度：缓慢、均匀。 （2）特殊涌出 ----矿井生产过程中，在某些特定地点、突然地于一段时间内大量涌出瓦斯的现象。 特点：时间上：突然地、间隔的 空间上：非普遍存在 涌出强度：产生动力破坏。;2 矿井瓦斯涌出 2.2 瓦斯涌出量及主要影响因素;（2）时空不均匀性 机掘：开机后，瓦斯涌出量逐渐增大， 达到极限稳定值。 炮掘：放炮后（6~9min），瓦斯涌出 迅速增长（5~20倍），然后下降经过 一段时间恢复到初始值。 时间与空间上存