煤层气(瓦斯)的成分和“瓦斯风化带”
(一)、(二)、“瓦斯风化带gasweatheredzone”
早在上世纪50年代,前苏联学者发现,顿巴斯浅部瓦斯的成分有垂向分带现象,自浅部向深部一般可分四个带(如下表所列),采煤界习惯将前三个带统称为“瓦斯风化带”。
浅部瓦斯成分垂向各带气体组成
名称CH4(体积%)CO2(体积%)N2(体积%)瓦斯 风化带CO2—N2带<10>2020~80N2带<20<10~20>80N2—CH4带<80<10~20<80甲烷带CH4带>80<10<20严格说,用“瓦斯风化”一词并不确切。在所谓“瓦斯风化带”内,煤层里发生过瓦斯与地表大气互相交换,以甲烷为主要成分的瓦斯中的部分甲烷散入大气,同时大气中的二氧化碳与氮进入煤层,以致煤层内的甲烷浓度减小,二氧化碳与氮的浓度增大。甲烷、二氧化碳与氮本身并没有“风化”。现在术语“瓦斯风化带”已经广为流行。
“瓦斯风化带”以下的甲烷(CH4)带的气体成分才是正常的瓦斯成分。研究煤层瓦斯应该以正常瓦斯带,即甲烷带为对象。正常瓦斯带的气成分中的甲烷浓度理应不低于80%。有些文献作者没有注意这一点,把“瓦斯风化带”里的气体与正常甲烷带的气体混在一起作分析,以致在讨论瓦斯成分与含量时往往发生概念不清。
确定“瓦斯风化带”的下部边界应该用甲烷及重烃浓度之和≥80%(按体积)为指标。煤矿实测瓦斯成分的资料往往不足,难以勾画出“瓦斯风化带”下界。采煤人员用相对瓦斯涌出量(<2m3/t.d),或瓦斯压力(<0.15MPa),或瓦斯含量(烟煤2~3m3/t,无烟煤5~7m3/t)等指标划定“瓦斯风化带”下界。