浅谈煤阶对瓦斯放散初速度及坚固性系数的相关影响

摘 要：当今社会能源的需求量越来越大，煤的开采量及质量的要求越来越高。煤矿开采时如果遇到瓦斯气体，不仅具有爆炸的危险性，同时威胁到开采人员的生命安全。因此对煤矿中的瓦斯应予以重视。本文在煤阶对瓦斯放散初速度及坚固性系数的相关影响方面进行研究。旨在给广大煤矿作业者一些工作上的指导意见。

关键词：煤阶；瓦斯放散初速度；坚固性系数

瓦斯作为一种无色无味的气体，具有一定的可燃性。煤矿中的瓦斯含量增多很容易导致工作人员缺氧窒息。而且瓦斯含量增多，在井下极易发生爆炸，严重威胁作业人员的生命安全。由于瓦斯主要存在于煤层中，煤阶代表了地层中煤化的成熟度，是表示煤层饱和状态的参数。按照煤阶的程度不同分为低阶煤、中阶煤、高阶煤三类。其中低阶煤分为褐煤、次烟煤；中阶煤就是烟煤；高阶煤则是人们常说的无烟煤。通过在煤阶中对瓦斯的放散初速度和煤坚固性系数的测量，能够有效测算瓦斯的排放，从而能够及时采取措施，来保障工作人员的安全。

一、煤阶对瓦斯散放初速影响的分析

（一）瓦斯散放初速度的简介

根据国家行业标准，《煤的瓦斯散放初速度指标（Δp）测定方法[1]》中的规定，瓦斯散放初速度是指符合行业标准煤的粒度选取3.5克，在0.1MPa的压力下，吸附瓦斯在真空空间释放1060秒的时间，释放出的瓦斯量。这个瓦斯释放量用压差Δp表示，单位（mmHg）。这个指标主要反映煤放散瓦斯的能力，按照《瓦斯等级鉴定办法[2]》中的规定要求，突出煤层的瓦斯散放初速度要大于等于1333.22Pa。与此指标相关的因素有煤结构、煤坚固性系数、煤变质等等。现在试分析煤放散初速度的影响因素。

（二）相关影响因素的分析

1.煤坚固系数对瓦斯散放初速度造成的影响

煤坚固系数是反映煤坚固的程度，值越大表示煤在瓦斯和地层应力的作用下越稳定，不易放散瓦斯。煤的坚固系数能够对瓦斯散放起到预测的作用。选取不同地点的煤矿煤样进行瓦斯散放初速度的实验。以气肥煤煤样、贫瘦煤煤样6个、无烟煤煤样6个同时进行实验，并且对实验结果进行对比。根据实验可知，当坚固系数减小时瓦斯散放出速度相应增大。气肥煤是富含挥发成分及胶质层的煤层，煤阶值最低，在单独炼焦时产生大量气体和液体。贫瘦煤是非常易变质的烟煤，煤阶程度介于气肥煤和无烟煤之间，炼焦时主要生成焦粉。无烟煤是煤化程度最高的煤，即煤阶最大，其硬度高密度大，无胶质层，燃烧时坚硬、光滑、火力旺。就煤的变质程度来说，贫瘦煤、气肥煤、无烟煤中，以无烟煤的变质程度最大。煤炭含量较为纯粹，其他杂质较少。气肥煤中含气量较多。开采时对于气体的散放问题要格外注意。

2.煤样空隙对瓦斯散放初速度造成的影响

煤化程度越高的煤样，煤的质地越紧实，空隙较小；相反，煤阶程度低，结构组织疏松，空隙较多。根据煤阶中的干燥无灰挥发分及粘结指数的不同采集煤样18个，依次进行实验，测量瓦斯初散放系数的值绘制曲线，根据实验数，据介于挥发分小于0.1的有9个，介于0.1～0.2之间的4个，介于0.2～0.37之间的4个，大于0.37的1个。由此可见，挥发分在增加时瓦斯散放初速度逐渐的降低。即煤阶越高的煤样变质的程度越高，则瓦斯散放初速度越高，煤阶较低则变质程度相应较低，故煤的瓦斯散放初速度也很低。如褐煤就属于低级未变质煤，它的瓦斯散放初速度就很低，可是气肥煤、烟煤它们的变质程度为中级，瓦斯散放初速度就比变质程度为高级的无烟煤低。孔隙是煤的物理特性，变质程度逐步增大，孔隙率由大变小，瓦斯散放初速度逐渐增大，待瓦斯散放趋于结束，孔隙逐渐变大并趋于稳定。

二、煤阶对煤坚固系数的影响

（一）煤阶中的水分对坚固系数的影响

煤中存在瓦斯气体、灰分、还有硅、钙、镁等氧化物、盐类和水分。在开采煤矿的时候，水分进入煤层，增加了煤的延性，使煤的脆性减弱。由于水的作用，煤的破碎力度较没加水时的粒径增大。这样煤的坚固性系数较之前的原值偏大。但是这样就无法区分煤中的水分到底是自然还是人为因素造成的。影响原始煤层中关于水分的测定。因此，要预先测定煤阶中的水分，以便为后续的开采工作提供参考。一般采用破碎法对煤阶中的水分进行测定。

选取四份煤样250克，分别为硬煤和软煤，将4份煤样敲碎至10～15毫米的粒度。其中硬煤和软煤的煤样各两份，抽取一份硬煤煤样和一份软煤煤样进行加水。四分煤样均放在玻璃密封容器中，由于煤的的硬度不同，在敲碎時硬煤要多敲2次才能达到力度要求。通过实验可以看出，在测定煤的坚固性系数上，水分含量的增大，硬煤和软煤的坚固系数都相应增大。即水分每增加1%，煤样的坚固系数就会相应增加1%～7%。由此可见，煤样中的水含量对煤的坚固系数有直接影响。

一般地，煤阶的指数越大，则煤阶中的灰分、矿物质越少，其力度越小；相反地，力度越大的煤，夹杂矿物质越多，煤的均匀性也就越差，煤阶则越低。如果在进行煤层撞击时，冲击力逐渐加大，粒度固然会越来越小。粒度越小，冲击力的平均值就会越小，后期产生煤粉的数量就会减小，破碎到一定程度后，煤粉的含量将不再增加，撞击将不会有效。因此，通过煤层的加水才能更好的延缓撞击的无效率。通过实验结果能看出，水分的增加可以使煤的坚固性系数增加。但是水分过多，则会使煤在烘干以后坚固性系数比原值低。因此要掌握煤阶中水分的最适添加量。

（二）煤中的灰分、挥发分、孔隙率对坚固系数的影响

煤的灰分是指煤中的各种无机矿物。他们以孔隙、裂缝、充填的形式同煤结合在一起[3]。煤中的挥发分是可挥发的有机质，如氮、氢、甲烷、硫化氢等等，它们受热易挥发。因此在测定挥发分的时候，将煤样隔绝空气进行高温加热，有机质分解的气体和液体之和减去水分，即可得出挥发分。挥发分能够反映煤阶的程度，煤阶的程度越高，挥发分就越低；相反的，煤阶越低，则挥发分就越高。即无烟煤的挥发分低于贫瘦煤挥发分和气肥煤的挥发分。实际开采作业中，作业工人常根据煤挥发后焦渣的不同形状，判断该煤的加工用途。挥发分同孔隙、灰分都是联系紧密的。根据对挥发分的测定，可以发现，挥发分与孔隙率存在正相关，与灰分呈负相关。即挥发分越高的煤样，其孔隙率越大，灰分越小。而挥发分越低的煤样，孔隙率越小，灰分越大。但是有些灰分因为成分复杂，不全是无机矿物，因此有些地区的煤矿灰分与挥发分不成负相关。

三、结语

煤阶中的瓦斯散放初速度和坚固系数之间的关系是非常复杂的，每一个指标都有很多相关的影响分因素。但是通过对这些因素的判断，可以对煤阶情况进行大致的分类。高阶煤、中阶煤和低阶煤之间的判定，是通过瓦斯散放初速度和坚固系数作为主要的判定指标。因此，对这两个指标的影响因素进行判定，有助于对煤层的煤阶程度进行分析，从而使开采作业更加明确。为后期原煤的加工提供了方向。避免了无目的的开采和加工，精准判定煤层的煤阶程度。

参考文献：

[1]徐乐华，蒋承林.煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度测定过程的影响因素分析[J].煤炭技术，2012，31（1）：9394.

[2]周诗江，董国安.煤与瓦斯突出危险性评价在新安煤矿10#2煤层的应用[J].中国科技纵横，2015，（4）：208.

[3]王鹏，苏现波，韩颖，等.煤体结构的定量表征及其意义[J].煤矿安全，2014，45（11）：1215.

作者简介：杨香（1986），女，汉族，陕西西安人，本科，助工，研究方向：煤质化验。