瓦斯形成的原理与影响因素概述
- 发布时间:2025-04-15 21:18:46
煤矿生产过程中,瓦斯始终是矿井安全的首要威胁,其危害程度之深,堪称煤矿灾害之首。瓦斯突出不仅会摧毁井巷设施、破坏矿井通风系统,还会导致人员窒息、煤流埋人等严重后果,甚至可能引发瓦斯爆炸与火灾事故。一旦发生瓦斯爆炸,极易引发巷道冒顶片帮等二次灾害,造成更为惨重的损失。因此,瓦斯灾害治理成为矿井安全防治的重中之重。
瓦斯,作为地下矿山中的主要有害气体,以甲烷为主,通常指的就是甲烷(CH4)。它主要来源于煤层和煤系地层,是在成煤过程中产生的。瓦斯是一种无色、无味、无臭的气体,密度轻于空气,因此常常积聚在巷道顶部、上山掘进工作面以及顶板冒落空洞中。其扩散性极强,在空气中会迅速扩散。尽管瓦斯本身并无毒害,但当空气中的瓦斯含量超过50%时,却极易导致人员因缺氧而窒息死亡。更为危险的是,瓦斯与空气混合达到一定比例后,遇到高温火焰便能燃烧或爆炸。
瓦斯的生成与煤的成因紧密相关。从植物死亡堆积到转变为煤的过程中,伴随着烃类、二氧化碳、氢和稀有气体的产生。这一过程可大致分为两个造气时期:生物化学造气时期和煤化变质作用造气时期。在生物化学造气时期,成煤原始物质在不超过65℃的温度条件下,经厌氧微生物分解产生瓦斯。
在泥炭层埋深较浅且上覆盖层胶结固化不充分的阶段,生成的瓦斯能够通过渗透和扩散作用,较为容易地排放到古大气中,因此通常不会在现有煤层内保留。随着泥炭层的下沉和上盖层的增厚,在一定的温度和压力作用下,泥炭逐渐转化为褐煤,并进入变质作用阶段。
煤化变质作用造气时期是成煤作用的第二阶段,涉及到泥炭和腐泥在高温和压力作用下逐渐变化为煤的过程。在这一阶段,褐煤层会进一步沉降,并在高温及其相应压力的作用下,有机质会分解产生二氧化碳、瓦斯和水。随着变质作用的不断加深,瓦斯的含量也会逐渐增加。
瓦斯生成的影响因素主要包括煤岩组分和煤化作用程度。煤岩显微组分是组成煤的基本岩石学单元,不同类型的组分对瓦斯生成的影响也不同。例如,镜质组在肥煤阶段的瓦斯吸附量最小,但随后会迅速增加,并在焦煤、瘦煤之间的某一阶段超过惰质组。另一方面,随着煤化程度的提高,煤的气体渗透率会下降,储气能力则会提高,但气体向地表的运移能力会减弱。同时,煤层中微孔或超微孔的比例会增加,进而增强煤的吸附力,导致累积产生的瓦斯量增多。
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