礦井瓦斯與礦塵防治技術(shù)課件第2章.ppt

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1、安徽理工大學第二章：礦井瓦斯涌出模塊一：煤層瓦斯流動的基本規(guī)律模塊二：煤層瓦斯涌出第一部分礦井瓦斯防治技術(shù)模塊三：礦井瓦斯等級鑒定模塊一：煤層瓦斯流動的基本規(guī)律2.1煤層瓦斯運移2.1.1瓦斯運移保存在煤層中的瓦斯僅占形成瓦斯量的1/10。成煤過程中形成的瓦斯可分如下幾個部分：(1)保存煤層中的瓦斯；(2)從煤層中運移出來，保存在圍巖中的瓦斯；(3)從煤層中運移出來，溶解于地下水中瓦斯；(4)排放大氣中瓦斯。2.1煤層瓦斯運移2.1.2煤層瓦斯流動1、原始煤體：瓦斯在煤層中以呈壓縮狀態(tài)，煤層瓦斯壓力隨深度增大而增大，是在漫長的地

2、質(zhì)年代里，煤層瓦斯由深部向地表流動的結(jié)果，但這種煤層瓦斯流動是極其緩慢的，在采礦工程中，研究煤層瓦斯流動時，一般忽略這種緩慢的瓦斯流動。通常認為，在采掘工作或鉆孔未影響到的煤層，瓦斯處于平衡狀態(tài)，不會發(fā)生瓦斯流動。2、采掘影響區(qū)由于采掘破壞了原有的瓦斯壓力平衡狀態(tài)，引起瓦斯流動，形成瓦斯流動場。應(yīng)響影響煤層瓦斯流動的因素很多，諸如煤層賦存條件、瓦斯壓力、含量、煤層透氣性以及采掘技術(shù)條件等等，但主要影響因素為瓦斯壓力和煤層透氣性，前者是瓦斯流動的動力，后者是瓦斯流動的阻力。2.1煤層瓦斯運移2.1.2煤層瓦斯流動瓦斯在煤層中由高壓

3、流向低壓，在煤層中即形成一定的流動范圍——瓦斯流動場。從時間因素來看：流動類型可分為穩(wěn)定流動和非穩(wěn)定流動兩種類型，前者流動場不隨時間而變化，后者流動場隨時間而改變。煤層瓦斯流動屬非穩(wěn)定流動類型。從空間形態(tài)來看：瓦斯流動類型分為單向流動、徑向流動和球向流動三種類型。2.1煤層瓦斯運移2.1.3煤層瓦斯流動場(1)單向流動單向流動的特點是煤層瓦斯沿單一方向流動，流線相互平行。沿煤層開掘高度大于煤層厚度的巷道后，巷道兩側(cè)煤層中的瓦斯皆沿垂直于巷道的方向流動，這種流動屬單向流動。如:薄及中厚煤層掘進面,采煤工作面煤壁。2.1煤層瓦斯運移

4、2.1.3煤層瓦斯流動場瓦斯流向瓦斯流向等壓瓦斯線等壓瓦斯線(2)徑向流動徑向流動是平面流動。徑向流動時，等瓦斯壓力線為一組同心圓，瓦斯流線沿圓的徑向發(fā)展。在煤礦井下，石門或鉆孔垂直揭穿煤層時，煤層中的瓦斯流動就是徑向流動。2.1煤層瓦斯運移2.1.3煤層瓦斯流動場瓦斯流場等壓瓦斯線(2)球向流動球向流動的特點是等瓦斯壓力線為一組同心球狀，瓦斯流線沿球的徑向發(fā)展。在煤礦井下屬球向流動的情況很少見。石門揭特厚煤層，特厚煤層中的掘進面迎頭和鉆孔孔底以及煤塊的瓦斯放散等都可近似地視為球向流動。2.1煤層瓦斯運移2.1.3煤層瓦斯流動場

5、2.2煤層瓦斯流動的基本定律1、滲流瓦斯沿裂隙、構(gòu)造破碎帶的運移方式。2、擴散運動瓦斯在小孔（＜1μm）與微孔（＜0.1μm）內(nèi)運移主要是擴散運動，即瓦斯分子在其濃度梯度作用下由高濃度向低濃度方向運移?？捎肍ick定律描述，即：式中：D----擴散系數(shù)；----瓦斯?jié)舛忍荻龋籨t----時間增量；dm----在dt時間內(nèi)通過單位面積的擴散量。2.2煤層瓦斯流動的基本定律3、煤粒擴散運動方程若煤層由服從Fick定律的煤粒組成，根據(jù)Fick定律和質(zhì)量守恒定律，得煤粒擴散運動微分方程。式中：X----煤粒瓦斯含量；r----煤粒內(nèi)任一

6、點半徑。4、瓦斯?jié)B透運動瓦斯在中孔（＞1μm）以上的孔隙或裂隙內(nèi)，由于壓差作用下而產(chǎn)生的運動。流態(tài)：層流，粘性力為主，Re＜1~10。紊流，慣性力為主①線性層流滲透定律----Darcy定律表述式式中：K--煤層的滲透率，m2；μ--流體的絕對粘度，Pa.S;--流體的壓力梯度，Pa/m。Darcy定律適應(yīng)范圍討論：a)低Re區(qū)，Re＜1~10，為線性流，符合Darcy定律；b)中Re區(qū)，Re=10~100，非線性滲流，不符合Darcy定律c)高Re區(qū)，Re＞100，紊流區(qū)。大多數(shù)情況下，煤層的瓦斯流動表現(xiàn)為服從Darcy定律。

7、VRe=102.2煤層瓦斯流動的基本定律2.2煤層瓦斯流動的基本定律②非線性滲透定律----日本式中Vn----無因次流速；a------煤的瓦斯?jié)B透性系數(shù)；m----指數(shù)；----無因次瓦斯壓力梯度。③滲透微分方程由Darcy定律和質(zhì)量守恒定律，可推導得：2.2煤層瓦斯流動的基本定律三、煤層透氣性系數(shù)是煤層瓦斯流動難易程度的標志。1、滲透系數(shù)（k）Darecy定律，k----滲透率，表示孔隙—裂隙介質(zhì)特征的參數(shù)。注：只與孔隙介質(zhì)的孔隙多少、大小、形態(tài)、連通狀況等有關(guān)，與流體的性質(zhì)和壓力無關(guān)。2、透氣系數(shù)（λ）利用氣體狀態(tài)方程對

8、Darcy表達式進行變換得：2.2煤層瓦斯流動的基本定律即：物理意義：斷面為1m2的煤體兩側(cè)，瓦斯壓力平方梯度為1MPa2/m時，流過的流量恰為1m3/d時的介質(zhì)透氣性。注意：λ表示給定氣體在給定孔隙介質(zhì)內(nèi)的流動特性，對于其它氣體必須根據(jù)它們的絕對粘度進行換算。