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煤層氣是全國科學技術名詞審定委員會公布的一個科技名詞。

漢字作為一種形、音、義三位一體的符號系統[1],源於日月鳥獸之形,作為中華文明之標誌[2],連接中華民族的歷史、現在和未來,方正之間充滿美感。

名詞解釋

煤層氣(游離於煤孔隙中或溶解於煤層水中的烴類氣體)一般指煤礦瓦斯 又稱煤層瓦斯(gas of coalseam)、煤層氣。從煤和圍岩中逸出的甲烷、二氧化碳和氮等組成的混合氣體。瓦斯是煤礦生產中的有害因素,它不僅污染空氣,而且當空氣中瓦斯含量為5%~16%時,遇火會引起爆炸,造成事故。

瓦斯爆炸是可以預防的,瓦斯突出(gas outburst)也是可以預測的,如經常測量巷道空氣中的瓦斯含量,測量瓦斯湧出量,並採取有效通風、嚴禁煙火、預先抽放、開採保護層、人工突出等措施,可以保障煤礦生產的安全。重要的是應該研究解決煤礦瓦斯的綜合利用問題,變害為利,專門抽放集中瓦斯用作氣體燃料和製造炭黑等。根據1晝夜內每開採l噸煤湧出的平均瓦斯量和瓦斯湧出形式,分為:低瓦斯礦井,10立方米及其以下;高瓦斯礦井,10立方米以上;煤與瓦斯突出礦井,地質勘查部門應為礦井設計和建井提供資料。在採煤之前先開採煤層氣能有效地減少煤礦瓦斯。

參數測定

瓦斯是指礦井中主要由煤層氣構成的以甲烷為主的有害氣體,有時單獨指甲烷。瓦斯是一種無色、無味、無臭、可以燃燒或爆炸的氣體,難溶於水,擴散性較空氣高。瓦斯無毒,但濃度很高時,會引起窒息。

瓦斯在煤層中的賦存形式主要有兩種狀態:在滲透空間內的瓦斯主要呈自由氣態,稱為游離瓦斯或自由瓦斯,這種狀態的瓦斯服從理想氣體狀態方程;另一種稱為吸附瓦斯,它主要吸附在煤的微孔表面上和在煤的微粒內部,占據着煤分子結構的空位或煤分子之間的空間。實測表明,在開採深度下(1000~2000m以內)煤層吸附瓦斯量占70%~95%,而游離瓦斯量占5%~30%。

煤層瓦斯含量是指單位質量煤體中所含瓦斯的體積,單位為m3/t。煤層瓦斯含量是確定礦井瓦斯湧出量的基礎數據,是礦井通風及瓦斯抽放設計的重要參數。煤層在天然條件下,未受采動影響時的瓦斯含量稱原始含量;受采動影響,已有部分瓦斯排出後而剩餘在煤層中的瓦斯量,稱殘存瓦斯含量。影響煤層原始瓦斯含量的因素很多,主要有:煤化程度、煤層賦存條件、圍岩性質、地質構造、水文地質條件等。

湧出等級

開採煤層時,煤體受到破壞或采動影響,貯存在煤體內的部分瓦斯就會離開煤體而湧入採掘空間,這種現象稱為瓦斯湧出。礦井瓦斯湧出形式可分普通湧出和特殊湧出兩種。

礦井瓦斯湧出量是指開採過程中正常湧入採掘空間的瓦斯數量,瓦斯湧出量的表示方法有兩種:絕對瓦斯湧出量——單位時間湧入採掘空間的瓦斯量,單位為m3/min;相對瓦斯湧出量——單位質量的煤所放出的瓦斯數量,單位為m3/t。

影響礦井瓦斯湧出量的因素主要有煤層瓦斯含量、開採規模、開採程序、採煤方法與頂板管理方法、生產工序、地面大氣壓力的變化、通風方式和採空區管理方法等。

《煤礦安全規程》規定,一個礦井中只要有一個煤(岩)層發現瓦斯,該礦井即為瓦斯礦井。瓦斯礦井必須依照礦井瓦斯等級進行管理。

根據礦井相對瓦斯湧出量、礦井絕對瓦斯湧出量和瓦斯湧出形式劃分為:低瓦斯礦井、高瓦斯礦井和煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。

低瓦斯礦井:礦井相對瓦斯湧出量小於或等於10m3/t且礦井絕對瓦斯湧出量小於或等於40m3/min;

高瓦斯礦井:礦井相對瓦斯湧出量大於10m3/t或礦井絕對瓦斯湧出量大於40m3/min;

煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井:礦井在採掘過程中,只要發生過一次煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出,該礦井即定為煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出礦井。

《煤礦安全規程》規定:每年必須對礦井進行瓦斯等級和二氧化碳湧出量鑑定。

瓦斯噴出

礦井瓦斯噴出是指從煤體或岩體裂隙、孔洞或炮眼中大量瓦斯異常湧出的現象。在20 m巷道範圍內,湧出瓦斯量大於或等於1.0m3/min,且持續時間在8h以上時,該採掘區域即定為瓦斯噴出危險區域。

瓦斯噴出的預兆:礦壓活動顯現激烈,煤壁片幫嚴重、底板突然鼓起、支架承載力加大甚至破壞,煤層變軟、潮濕等。

另外,還存在煤(岩)與瓦斯(二氧化碳)突出,即在地應力和瓦斯的共同作用下,破碎的煤(岩)和瓦斯(二氧化碳)由煤體或岩體內突然向採掘空間拋出的異常動力現象。煤(岩) 與瓦斯(二氧化碳)突出具有突發性、極大破壞性和瞬間攜帶大量瓦斯(二氧化碳)和煤(岩)衝出等特點,能摧毀井巷設施、破壞通風系統、造成人員窒息,甚至引起瓦斯爆炸和火災事故,是煤礦最嚴重的災害之一。突出發生前通常有地層微破壞、瓦斯湧出變化、煤層層理紊亂、鑽孔卡鑽夾鑽、煤壁溫度降低、散發煤油氣味、煤層產狀發生變化等預兆

瓦斯爆炸

礦井瓦斯不助燃,但它與空氣混合成一定濃度後,遇火能燃燒、爆炸。瓦斯爆炸時會產生3個致命的因素:爆炸火焰、爆炸衝擊波和有毒有害氣體。瓦斯爆炸不僅造成大量的人員傷亡,而且還會嚴重摧毀礦井設施、中斷生產。礦井瓦斯爆炸往往引起煤塵爆炸、礦井火災、井巷坍塌和頂板冒落等二次災害 。

引起瓦斯燃燒與爆炸必須具備3個條件:一定濃度的甲烷、一定溫度的引火源和足夠的氧氣。

參考文獻