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1、瓦斯在煤體內的賦存狀態(tài)1．煤體內的孔隙特征⑴煤體內的孔隙分類煤體之所以能保存一定數量的瓦斯，這與煤體內具有大量的孔隙有密切關系。根據煤的組成及其結構性質，煤中的孔隙可以分為三種：①宏觀孔隙：指可用肉眼分辨的層理、節(jié)理、劈理及次生裂隙等形成的孔隙。一般在0.1mm以上。②顯微孔隙：指用光學顯微鏡和掃描電鏡能分辨的孔隙。③分子孔隙：指煤的分子結構所構成的超微孔隙。一般在0.1μm以下。根據孔隙對瓦斯吸附、滲透和煤強度性質的影響，一般按直徑把孔隙分為以下幾種：①微孔：直徑小于0.01μm，它構成煤的吸附空間。②小孔：直徑為0.01～0.1μm，是瓦斯凝結和擴散的空間。③中孔：直徑為
2、0.1～1μm，它構成瓦斯層流滲流的空間。④大孔：直徑為1～100μm，它構成強烈層流滲透的空間，是結構高度破壞煤的破碎面。⑤可見孔和裂隙：大于100μm，它構成層流及紊流混合滲流空間，是堅固和中等強度煤的破碎面。⑵煤的孔隙率煤的孔隙率是指煤中孔隙總體積與煤的總體積之比，通常用百分數表示。（1-1）式中：K——煤的孔隙率，%；Vp——煤的總體積，包括其中的孔隙體積，mL；Vt——煤的實在體積，不包括其中孔隙體積，mL。煤的孔隙率可以通過實測煤的真密度和視密度來確定，不同單位煤的孔隙率與煤的真密度、視密度存在如下關系：（1-2）（1-3）式中：K、K1——分別為單位質量和單位體
3、積煤的孔隙率，m3/t、m3/m3（或%）；ρp——煤的視密度，即包括孔隙在內的煤密度，t/m3；ρt——煤的真密度，即扣除孔隙后煤的密度，t/m3。煤的視密度ρs和煤的真密度ρd可在實驗室內測得。真密度與視密度的差值越大，煤的孔隙率也越大。國內外對煤孔隙率的測定結果表明，煤的孔隙率與煤的變質程度有一定關系。表1-2是俄羅斯頓巴斯礦區(qū)不同變質程度煤的孔隙率；表1-3是我國部分礦井煤的孔隙率。表1-2各種種類煤的孔隙率煤的種類孔隙率/m3.t-1煤的種類孔隙率/m3.t-1變化范圍平均值變化范圍平均值長焰煤氣煤肥煤焦煤0.073～0.0910.028～0.0800.026～0.
4、0780.021～0.0680.0840.0530.0510.045瘦煤貧煤半無煙煤無煙煤0.028～0.0650.034～0.0840.041～0.0940.055～0.1360.0450.0550.0650.088表1-3我國一些礦井煤的孔隙率表礦井煤的揮發(fā)分（%）孔隙率（%）撫順老虎臺45.7614.05鶴崗大陸31.8610.6開灤馬家溝12號煤26.86.59本溪田師傅3號煤13.716.7陽泉三礦3號煤6.6614.1焦作王封大煤5.8218.5從表中可以看出，不同煤種孔隙率有很大不同，即使是同一類煤，孔隙率的變化范圍也很大，但總的趨勢是中等變質程度的煤孔隙率最小
5、，變質程度變小和變大時，孔隙率都會增大。2．瓦斯在煤體內的賦存狀態(tài)瓦斯在煤體中以游離和吸附狀兩種狀態(tài)存在。⑴游離狀態(tài)游離狀態(tài)也稱自由狀態(tài)，存在于煤的孔隙和裂隙中。這種狀態(tài)的瓦斯以自由氣體存在，呈現出的壓力服從自由氣體定律。游離瓦斯量的大小主要取決于煤的孔隙率，在相同的瓦斯壓力下，煤的孔隙率越大，則所含游離瓦斯量也越大。在貯存空間一定時，其游離瓦斯量的大小與瓦斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比。⑵吸附狀態(tài)吸附狀態(tài)的瓦斯包括吸附在煤的微孔表面上的吸著瓦斯和煤的微粒結構內部的吸收瓦斯。吸著狀態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下，瓦斯分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層；而吸收狀
6、態(tài)是瓦斯分子充填到極其微小的微孔孔隙內，占據著煤分子結構的空位和煤分子之間的空間，如同氣體溶解于液體中的狀態(tài)。吸附瓦斯量的大小，取決于煤的孔隙結構特點、瓦斯壓力、煤的溫度和濕度等。一般規(guī)律是：煤中的微孔越多、瓦斯壓力越大，吸附瓦斯量越大；隨著煤的溫度增加，煤的吸附能力下降；煤的水分占據微孔的部分表面積，故煤的濕度越大，吸附瓦斯量越小。煤體中的瓦斯含量是一定的，處于游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)的瓦斯量是可以相互轉化的，這取決于外界的溫度和壓力等條件變化。當壓力升高或溫度降低時，部分瓦斯將由游離狀態(tài)轉化為吸附狀態(tài)，這種現象稱為吸附；相反，如果壓力降低或溫度升高時，又會有部分瓦斯由吸附狀態(tài)轉
7、化為游離狀態(tài)，這種現象稱為解吸。吸附和解吸是兩個互逆過程，這兩個過程在原始應力下處于一種動態(tài)平衡，當原始應力發(fā)生變化時，這種動平衡狀態(tài)將被破壞。根據國內外科學研究成果，現今開采深度內，煤層中的瓦斯主要是以吸附狀態(tài)存在，游離狀態(tài)的瓦斯只占總量的10%。但在斷層、大的裂隙、孔洞和砂巖內，瓦斯則主要以游離狀態(tài)賦存。隨著煤層被開采，煤層頂底板附近的煤巖產生裂隙，導致透氣性增加，瓦斯壓力隨之下降，煤體中的吸附瓦斯解吸而成為游離瓦斯，在瓦斯壓力失去平衡的情況下，大量游離瓦斯就會通過各種通道涌入采掘空間，因此，隨著采
