控制煤層水分對(duì)瓦斯抽采效果的影響分析

馬駿嘯

（陽(yáng)煤集團(tuán) 新宇巖土工程有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

控制煤層水分對(duì)瓦斯抽采效果的影響分析

馬駿嘯

（陽(yáng)煤集團(tuán) 新宇巖土工程有限責(zé)任公司，山西 陽(yáng)泉 045000）

瓦斯事故是由于瓦斯異常涌出導(dǎo)致，分析瓦斯涌出的影響因素，采取相應(yīng)措施，很有現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：瓦斯事故；煤層水分；瓦斯抽采效果

煤礦瓦斯是影響安全生產(chǎn)的重要原因之一，瓦斯災(zāi)害會(huì)導(dǎo)致一系列的安全問(wèn)題，提高瓦斯抽采率可從本質(zhì)上解決這一問(wèn)題。影響煤層瓦斯抽采方面的研究很多，但關(guān)于煤層水分對(duì)瓦斯抽采效果影響的研究較少；本文從理論上分析了煤層水分對(duì)瓦斯抽采效果的影響。

1 煤層瓦斯賦存形式

煤層瓦斯賦存形式［1］主要包括：游離瓦斯、吸附瓦斯、水溶瓦斯，它們?cè)诿簩又械谋壤灰唬坞x瓦斯所占比例較小，大致10%～20%左右，吸附瓦斯含量較高，約占80%～90%。具體含量由煤自身性質(zhì)決定，包括微孔數(shù)量、層理裂隙、煤變質(zhì)程度、煤大分子結(jié)構(gòu)缺陷、外界的溫度環(huán)境、地應(yīng)力狀態(tài)等因素。表1為瓦斯在煤層（中等變質(zhì)，Vdaf=20%～80%，埋深1000m）中的賦存形式。

表1 瓦斯在煤層中的賦存形態(tài)和分布

2 煤層水的賦存形式

水在煤層中的賦存形式大致分為游離水、化合水兩大類[2]。在毛細(xì)作用下游離水吸附在煤體內(nèi)部孔、裂隙中，細(xì)分為內(nèi)水和外水；水與煤層中的礦物質(zhì)等作用后，形成化合水（結(jié)晶水），例如CaSO4·H2O、Al2O32SiO2等。

3 煤層瓦斯運(yùn)移規(guī)律

當(dāng)煤層處于原始狀態(tài)、外界條件不變的情況下，煤層中的吸附、游離瓦斯處于動(dòng)態(tài)平衡，二者之間不停地相互轉(zhuǎn)化。當(dāng)外界條件變化時(shí)，例如溫度環(huán)境和壓力改變時(shí)，二者之間的動(dòng)平衡開(kāi)始轉(zhuǎn)向其中的一種狀態(tài)。如果條件有利于瓦斯的解吸，那么解吸后的氣體將會(huì)重新變?yōu)橛坞x瓦斯，并在一定的濃度作用下向煤的基質(zhì)、大孔、裂隙中運(yùn)移滲流，直至到達(dá)瓦斯抽放孔。煤層瓦斯運(yùn)移過(guò)程，見(jiàn)圖1。

圖1 煤層瓦斯運(yùn)移過(guò)程

4 煤層水對(duì)瓦斯抽采的影響

瓦斯抽采率是由煤層中的吸附特性、煤層儲(chǔ)氣性、透氣性決定的，而煤層水分會(huì)在一定程度上影響這些因素，進(jìn)而影響煤層瓦斯的抽采效果。

（1）影響瓦斯吸附特性：從微觀看，煤吸附瓦斯是由于煤表面產(chǎn)生吸引力，使瓦斯分子被吸附到煤的表面。水分子是一種極性分子，煤吸附水的作用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于瓦斯分子，在同等競(jìng)爭(zhēng)的條件下，水分子更容易吸附在煤的內(nèi)表面上，從而搶先占據(jù)著一定的吸附空位[3]，使剩余的吸附空位數(shù)減少，從而減弱煤對(duì)瓦斯分子的吸附作用。煤內(nèi)表面的瓦斯減少，會(huì)使瓦斯從內(nèi)表面解吸的速率降低，從而影響瓦斯的擴(kuò)散、滲透性，導(dǎo)致煤層瓦斯抽采率下降。

（2）影響煤層儲(chǔ)氣性：煤層儲(chǔ)氣性是指煤層儲(chǔ)存氣體的能力，瓦斯抽采中是指煤層儲(chǔ)存瓦斯氣體的能力。水分占據(jù)著煤層儲(chǔ)氣的通道，使原本開(kāi)放的瓦斯氣體通道閉合，煤層的儲(chǔ)氣性能提高，從而降低煤層瓦斯抽采率。

（3）影響煤層透氣性：煤層透氣性系數(shù)是衡量煤層瓦斯涌出量和抽采率的重要指標(biāo)。水分會(huì)在一定程度上影響煤層透氣性，因?yàn)樗謺?huì)占據(jù)著煤體中的一部分孔隙、裂隙通道，使煤層抽采的通道減少，瓦斯運(yùn)移速度減慢，煤層透氣性變差，降低煤層瓦斯抽采率。

（4）影響瓦斯抽放孔：煤層水會(huì)使煤體強(qiáng)度弱化，當(dāng)煤層打入抽放孔時(shí)，一會(huì)使煤體破碎程度加大，二會(huì)使破碎的煤屑重新黏合在一起形成較大結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致抽放孔的直徑減小，甚至將抽放孔堵塞，影響抽放效果。

5 控制煤層水分提高瓦斯抽放率

從上看出，煤層水分的含量多少，決定其瓦斯抽放效果。減少煤層水分可提高煤層瓦斯的解吸滲透性，并可降低煤層儲(chǔ)氣性，從而解決瓦斯抽放孔的堵塞問(wèn)題。因此，通過(guò)預(yù)先打鉆的方式合理降低煤層水分，從而提高煤層瓦斯抽放率。

6 結(jié)束語(yǔ)

煤層水分對(duì)瓦斯抽采效果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，會(huì)使抽采率降低。故對(duì)煤層水分進(jìn)行合理控制，可有效提高抽采率，降低由于瓦斯含量高而引起的安全事故。

[1] 周世寧，林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動(dòng)理論[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1998.

[2] 張占存.水份對(duì)煤的瓦斯吸附特性影響的試驗(yàn)研究[D].煤科總院撫順?lè)衷海?004.

[3] 劉明舉，孔留安.水力沖孔技術(shù)在嚴(yán)重突出煤層中的應(yīng)用[J].煤炭學(xué)報(bào)，2005，30(4)：451-454.

Influential Analysis on Gas Drainage Effect ofmoisture Control in Coal Seam

MA Jun-xiao
(Xinyu Geotechnical Engineering Co.,Yangquan Coal Group,Yangquan Shanxi 045000)

Gas accident is caused by abnormal gas emission.The study of the influencing factors of the gas emission and appropriatemeasures ismeaningful.

gas accident;coalmoisture;gas drainage effect

TD712

A

1672-5050（2012）10-0074-02

2012-05-06

馬駿嘯（1984—），男，河北保定人，大學(xué)本科，助理工程師，從事煤礦安全防治工作。

徐樹(shù)文