控制煤层水分对瓦斯抽采效果的影响分析

马骏啸

（阳煤集团 新宇岩土工程有限责任公司，山西 阳泉 045000）

控制煤层水分对瓦斯抽采效果的影响分析

马骏啸

（阳煤集团 新宇岩土工程有限责任公司，山西 阳泉 045000）

瓦斯事故是由于瓦斯异常涌出导致，分析瓦斯涌出的影响因素，采取相应措施，很有现实意义。关键词：瓦斯事故；煤层水分；瓦斯抽采效果

煤矿瓦斯是影响安全生产的重要原因之一，瓦斯灾害会导致一系列的安全问题，提高瓦斯抽采率可从本质上解决这一问题。影响煤层瓦斯抽采方面的研究很多，但关于煤层水分对瓦斯抽采效果影响的研究较少；本文从理论上分析了煤层水分对瓦斯抽采效果的影响。

1 煤层瓦斯赋存形式

煤层瓦斯赋存形式［1］主要包括：游离瓦斯、吸附瓦斯、水溶瓦斯，它们在煤层中的比例不一，游离瓦斯所占比例较小，大致10%～20%左右，吸附瓦斯含量较高，约占80%～90%。具体含量由煤自身性质决定，包括微孔数量、层理裂隙、煤变质程度、煤大分子结构缺陷、外界的温度环境、地应力状态等因素。表1为瓦斯在煤层（中等变质，Vdaf=20%～80%，埋深1000m）中的赋存形式。

表1 瓦斯在煤层中的赋存形态和分布

2 煤层水的赋存形式

水在煤层中的赋存形式大致分为游离水、化合水两大类[2]。在毛细作用下游离水吸附在煤体内部孔、裂隙中，细分为内水和外水；水与煤层中的矿物质等作用后，形成化合水（结晶水），例如CaSO4·H2O、Al2O32SiO2等。

3 煤层瓦斯运移规律

当煤层处于原始状态、外界条件不变的情况下，煤层中的吸附、游离瓦斯处于动态平衡，二者之间不停地相互转化。当外界条件变化时，例如温度环境和压力改变时，二者之间的动平衡开始转向其中的一种状态。如果条件有利于瓦斯的解吸，那么解吸后的气体将会重新变为游离瓦斯，并在一定的浓度作用下向煤的基质、大孔、裂隙中运移渗流，直至到达瓦斯抽放孔。煤层瓦斯运移过程，见图1。

图1 煤层瓦斯运移过程

4 煤层水对瓦斯抽采的影响

瓦斯抽采率是由煤层中的吸附特性、煤层储气性、透气性决定的，而煤层水分会在一定程度上影响这些因素，进而影响煤层瓦斯的抽采效果。

（1）影响瓦斯吸附特性：从微观看，煤吸附瓦斯是由于煤表面产生吸引力，使瓦斯分子被吸附到煤的表面。水分子是一种极性分子，煤吸附水的作用要远远强于瓦斯分子，在同等竞争的条件下，水分子更容易吸附在煤的内表面上，从而抢先占据着一定的吸附空位[3]，使剩余的吸附空位数减少，从而减弱煤对瓦斯分子的吸附作用。煤内表面的瓦斯减少，会使瓦斯从内表面解吸的速率降低，从而影响瓦斯的扩散、渗透性，导致煤层瓦斯抽采率下降。

（2）影响煤层储气性：煤层储气性是指煤层储存气体的能力，瓦斯抽采中是指煤层储存瓦斯气体的能力。水分占据着煤层储气的通道，使原本开放的瓦斯气体通道闭合，煤层的储气性能提高，从而降低煤层瓦斯抽采率。

（3）影响煤层透气性：煤层透气性系数是衡量煤层瓦斯涌出量和抽采率的重要指标。水分会在一定程度上影响煤层透气性，因为水分会占据着煤体中的一部分孔隙、裂隙通道，使煤层抽采的通道减少，瓦斯运移速度减慢，煤层透气性变差，降低煤层瓦斯抽采率。

（4）影响瓦斯抽放孔：煤层水会使煤体强度弱化，当煤层打入抽放孔时，一会使煤体破碎程度加大，二会使破碎的煤屑重新黏合在一起形成较大结构，导致抽放孔的直径减小，甚至将抽放孔堵塞，影响抽放效果。

5 控制煤层水分提高瓦斯抽放率

从上看出，煤层水分的含量多少，决定其瓦斯抽放效果。减少煤层水分可提高煤层瓦斯的解吸渗透性，并可降低煤层储气性，从而解决瓦斯抽放孔的堵塞问题。因此，通过预先打钻的方式合理降低煤层水分，从而提高煤层瓦斯抽放率。

6 结束语

煤层水分对瓦斯抽采效果会产生一定的影响，会使抽采率降低。故对煤层水分进行合理控制，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] 周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社，1998.

[2] 张占存.水份对煤的瓦斯吸附特性影响的试验研究[D].煤科总院抚顺分院，2004.

[3] 刘明举，孔留安.水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用[J].煤炭学报，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

马骏啸（1984—），男，河北保定人，大学本科，助理工程师，从事煤矿安全防治工作。

徐树文