第六章 瓦斯地质规律与瓦斯预测jtr.ppt

1,瓦斯地质学,第六章瓦斯地质规律与瓦斯预测,贾天让Tel13938187247QQ252343863安全学院306室,第六章瓦斯地质规律与瓦斯预测,第一节瓦斯基础参数测试方法第二节瓦斯含量预测第三节矿井瓦斯涌出量预测第四节煤与瓦斯突出危险性预测第五节瓦斯防治相关文件及防治措施,第六章瓦斯地质规律与瓦斯预测,第一节瓦斯基础参数测试方法第二节瓦斯含量预测第三节矿井瓦斯涌出量预测第四节煤与瓦斯突出危险性预测第五节瓦斯防治相关文件及防治措施,第一节瓦斯基础参数测试方法,,知识点,,技能点,,掌握煤层瓦斯压力、和瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数概念、采样要求、测定方法。,,煤层瓦斯压力和含量的测定方法煤的瓦斯放散初速度测定方法煤的坚固性系数测定方法煤层透气性系数测定方法,,,,,,含量定义,残存瓦斯含量,煤层瓦斯含量,,,,原始瓦斯含量,单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，单位是m/t或m/m,煤层未受采动影响时的瓦斯含量,煤层受到采动影响，已经排放出部分瓦斯，则剩余在煤层中的瓦斯含量,6.1.1煤层瓦斯含量测定,6.1瓦斯基础参数测试方法,,可解吸瓦斯含量,,煤自原始瓦斯含量与在0.1MPa瓦斯压力下煤层残存瓦斯含量之差,3,3,3,煤层有露头瓦斯易于排放，无露头瓦斯易于保存；对同一煤层，瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量随深度加大而增大；在其它条件相同，同一开采深度上，煤层倾角越小，煤层所含瓦斯越多。,围岩致密完整、不透气时，煤层瓦斯易于保存；反之，煤层瓦斯易于逸散。,煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。当其它条件相同，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量就越大。,一是水力运移逸散作用；二是水力封闭作用；三是水力封堵作用。,开放性构造是煤层有利于瓦斯的放散，因此开放性构造发育的煤层，瓦斯含量就小；封闭性构造，阻断瓦斯放散通道，相应煤层瓦斯含量大。,煤的形成过程中，经历了漫长的地质年代，期间地层的隆起或凹陷，覆盖地层加厚或剥蚀，陆相海相的交替变化，遭受地质构造运动破坏影响等,影响煤层瓦斯含量的主要因素,直接方法,间接方法,地勘方法,井下方法,按方法特点分,按应用范围分,,测定方法分类,6.1.1煤层瓦斯含量测定,煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250-2009）地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（AQ1046-2007）,,,,,,,,,,,,测定步骤,采样,瓦斯解吸规律测定,损失瓦斯量计算,试验室煤样脱气及气体成分分析,煤层瓦斯含量计算,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,6.1.1煤层瓦斯含量测定,煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250-2009）1测定所需仪器a）煤样罐罐内直径大于60mm，容积足够装煤样400g以上，在1.5MPa气压下保持气密性；b瓦斯解吸仪量管有效体积不小于800cm3，最小刻度2cm3；c空盒气压计；d秒表；e）穿刺针头或阀门；f温度计050Cg）真空脱气装置或常压自然解吸测定装置；h球磨机或粉碎机；i气相色谱仪符合GB/T13610要求；j）天平量程不小于1000g,感量不大于1g;k恒温器最高工作温度（95-100C）；l）水分快速测定仪,6.1.1煤层瓦斯含量测定,2采样采样准备1）所有用于取样的煤样罐在使用前必须进行气密性检测；气密性检测可以通过向煤样罐注空气至1.5MPa以上，关闭后搁置12h，压力不降低方可使用。不应在丝扣及胶垫上涂润滑油。2）解吸仪在使用前，将量管内灌满水，放置10min量筒水面不降低为合格。煤样采集1采样钻孔布置同一地点应布置两个取样钻孔，取样点间距不小于5m.2在石门或岩石巷道可打穿层钻孔取煤样，在新暴漏的煤巷中应首选煤芯采取器（简称煤芯管）或其他定点取样装置定点采集煤样。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,采样深度采样深度应按以下两种情况确定1）测定煤层原始瓦斯含量时，采样深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求a在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面的暴露时间来确定，但不应小于12m；b在石门或岩石巷道采样时，距离煤层的垂直距离应视岩性而定，但不应小于5m。2）抽采后煤层残余瓦斯含量测定时，采样深度应符合AQ1026的规定。采样时间采样时间是指用于瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用的实际时间，不应超过5min.,6.1.1煤层瓦斯含量测定,采样要求a）对于柱状煤芯，采取中间不含矸石的完整的部分；b对于粉状及块状煤芯，要删除矸石及研磨烧焦部分；c）不应用水清洗煤样，保持自然状态装入密封罐中，不可压实，罐口保留约10mm空隙；采样记录采样时，应同时收集以下有关参数记录在采样记录表中。a采样地点矿井名称、煤层名称、埋深（地面标高、底板标高）、采样深度、钻孔方位、钻孔倾角；b）采样时间取样开始时间、取样结束时间、装样结束时间；c编号煤样罐号、样品编号。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,3井下自然解吸瓦斯量测定a）井下自然解吸瓦斯量采用排水集气法，瓦斯解吸仪与煤样罐连接见图1；b每间隔一定时间记录量管读书及测定时间，连续观测（60120）min或解吸量小于2cm2/min为止，开始观测前30min内，间隔1min读一次数，以后每隔（25）min读一次数，将观测结果填写到测定记录表中（见附录B），同时记录气温、水温及大气压力。c测定结束后，密封煤样罐，并将煤样罐沉入清水中，仔细观测10min，如果发现有气泡冒出，则该试样作废应重新测试；如果不漏气，送实验室继续测定。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,4煤的残存瓦斯含量测定方法,1试验室脱气与气体分析试样送到试验室后脱气，加热至95度真空抽出气体进行色谱分析。2煤样粉碎煤样脱气结束后，打开真空罐取出煤样，放进密封球磨罐进行粉碎。要求粉碎后煤样绝大部分（80以上）的粒度在0.25mm以下。3粉碎后脱气与气体分析将装有已粉碎煤样的密封球磨罐进行加热和真空脱气，方法同步骤（1），直到基本上无气体解吸为止。4煤样称重与工业分析5煤中残存瓦斯量计算,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,试验和理论分析结果表明，煤样在刚开始暴露的一段时间内，累计解吸的瓦斯量与煤样解吸时间的平方根成正比例，即,式中Vz煤样自暴露时起到解吸测定进行时间为t时的瓦斯总解吸体积，ml；t0煤样在解吸测定前的暴露时间，min；t1提钻时间，据经验煤样在钻孔的暴露时间，min；t2解吸测定前煤样在地面的暴露时间，min；t煤样解吸测定的时间，min；k比例常数。,,5井下解吸损失量计算,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,解吸测定测出的瓦斯解吸量V仅为煤样总解吸量Vz的一部分，仅是t0到t那部分解吸量，解吸测定前煤样在暴露时间t0时已损失的瓦斯量由此现场应用来看，损失瓦量量占煤样总瓦斯量的10～50。应尽量减少煤样的暴露时间，尽量选取较大粒度的煤样，以减小瓦斯损失量在煤样总瓦斯量中所占的比重。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,6瓦斯含量计算。,,X0煤样的原始瓦斯含量，ml/g;V1煤样解吸测定中累计解吸出的瓦斯体积，ml；V2计算出的瓦斯损失量，ml；V3煤样粉碎前的脱出量，ml；V4煤样粉碎后的脱出量，ml；G煤样重量，g；,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,瓦斯含量测定存在问题瓦斯损失量补偿问题没有解决构造煤瓦斯含量测定方法没有解决合理取样深度的确定煤样暴露时间的计算钻屑深度不能保证煤样暴露时间长操作上的一些原因，导致密封灌漏气等，也是瓦斯含量测定值偏低的一个非常重要的原因,6.1.1煤层瓦斯含量测定,井下煤层瓦斯含量快速测定,无论是钻屑解吸法A或B，均要计算取样损失量、残存量这些测定需要在专门的实验室完成，因此测定周期长。为了实现井下煤层瓦斯含量快速测定，抚顺分院在1993～1995年期间提出了一种新的钻屑解吸法钻屑解吸法C，研制了WP-1型井下煤层瓦斯含量快速测定仪。即煤中瓦斯在第1分钟的解吸速度V1值与煤的瓦斯含量成线性关系。,,计算公式,式中X煤层瓦斯含量，ml/g；a、b反映X与V1间特征常数，不同煤层值不同；V1单位质量在脱离煤体1min时瓦斯解吸速度，ml/（gmin）,6.1.1煤层瓦斯含量测定,工作原理根据煤中瓦斯的解吸规律反推V1值，再根据某种煤样不同瓦斯含量与V1值关系WabV1，通过现场测定V1值求得瓦斯含量W。,,,1,,V1,6.1.1煤层瓦斯含量测定,河南理工大学研制的CHP50M型煤层瓦斯含量快速测定仪采用双流量传感器智能识别自动切换技术，使煤层瓦斯流量测定范围增加到700ml/min，解决了不同煤层（特别是突出煤层）初始解吸速度大的难题，能够满足最大瓦斯含量50m3/t的测定。快速测定仪采用井下实测，测定周期仅需2030min。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,和传统的瓦斯含量测试仪器相比，实现了瓦斯含量测定的自动、快速、现场测定，无需残余瓦斯量测试。采用充电电池供电，充电后可以在井下连续工作8个小时以上，自动存储10个瓦斯含量的测定数据。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,技术关键瓦斯解吸速度V的准确测定煤样中瓦斯在解吸过程中，解吸速度的量值范围极宽，从0.5ml/min600ml/min，用一个流量传感器无法实现，如果兼顾低流速，则往往遇到高流速时就会因超出其检测范围而产生很大的误差；如果选用高流量传感器，则无法测定低流速值，导致V1推算不准，严重影响瓦斯含量W的测定。采用双流量传感器（高流速、低流速）职能识别自动切换设计，可满足0.5ml/min700ml/min的宽范围准确测定。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,煤层可解吸瓦斯含量测定,原理是根据煤的瓦斯解吸规律来补偿采样过程中损失的瓦斯量。煤的可解吸瓦斯含量等于煤的原始含量与0.1MPa瓦斯压力下煤的残存瓦斯含量之差，它的实际意义大致代表煤在开采过程中在井下可能泄出的瓦斯量。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,煤层瓦斯含量间接测定方法1根据瓦斯压力和煤吸附等温曲线确定瓦斯含量,,式中X煤层原始瓦斯含量，m3/t；p煤层瓦斯压力，MPa；a吸附常数，试验温度下煤的极限吸附量，m3/t；b吸附常数，MPa-1；ts试验室作吸附试验的温度，℃；t井下煤体温度，℃；Mad煤中水分，；,,Aad煤的灰分，；π煤的孔隙率，m3/m3；γ煤的视密度，t/m3。,,6.1.1煤层瓦斯含量测定,2含量系数法中国矿业大学周世宁提出,,式中X煤层瓦斯含量，m3/t；p煤层瓦斯压力，MPa；α煤的瓦斯含量系数，,,,6.1.1煤层瓦斯含量测定,测定步聚,,1在掘进巷道的新鲜暴露煤面，用煤电钻打眼采煤样，煤样粒度为0.1～0.2mm，重量为60～75g，装入密封罐。2用井下钻孔自然涌出的瓦斯作为瓦斯源，用特制的高压打气筒，将钻孔涌出的瓦斯打入密封罐内。为了排除气筒和罐内残存的空气，应先用瓦斯清洗气筒和煤样罐数次，然后向煤样正式注入瓦斯。特制打气筒打气最高压力达2.5MPa时，即可满足测定含量系数的要求。3煤样罐充气达2.0MPa以上时，即关闭罐的阀门，然后送入试验室在简易测定装置上测定调至不同平衡瓦斯压力下煤样所解吸出的瓦斯量。最后按式求出平均的煤的瓦斯含量系数α值。,,,6.1.1煤层瓦斯含量测定,根据煤残存瓦斯量推算煤层瓦斯含量波兰提出,,在正常作业的掘进工作面，在煤壁暴露30min后，从煤层顶部和底部各取一个煤样，装入密封罐，送入试验室测定煤的残存瓦斯含量。如工作面煤壁暴露时间已超过30min，则采样时应把工作面煤壁清除0.2～0.3m深，再采煤样。,,,1当实测煤的残存量小于3m3/t。,2当实测煤的残存量大于3m3/t。,X0纯煤原始瓦斯含量，m3/t；Xc实测煤的残存瓦斯含量，m3/t。,6.1.1煤层瓦斯含量测定,,6.1.1煤层瓦斯含量测定,6.1.2煤层瓦斯压力测定,1）基本定义瓦斯压力煤层中瓦斯所具有的气体压力游离瓦斯，单位MPa。煤层原始瓦斯压力当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，煤中平衡瓦斯压力称之为煤层原始瓦斯压力，单位为MPa（兆帕）。煤层残存瓦斯压力当煤层受采动影响涌出一部分瓦斯后，此时煤层中残留瓦斯的压力大小称之为煤层残存瓦斯压力，单位为MPa。煤层的残存瓦斯压力总小于原始瓦斯压力。煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定指在煤矿井下通过测定钻孔及相应测定方法直接测量煤层瓦斯压力的过程。,6.1瓦斯基础参数测试方法,2）瓦斯压力测定方法,6.1.2煤层瓦斯压力测定,（1）测点选择原则a测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无断层、裂隙等地质构造处布置测点，其瓦斯赋存状况要具有代表性。b测压钻孔应避开含水层、溶洞，并保证测压钻孔与其距离不小于50m。c对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响范围，并保证测压钻与其距离不小于50m。,3）煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法AQ／T1047-2007,6.1.2煤层瓦斯压力测定,（1）测点选择原则d对于需要测定煤层残存瓦斯压力的测压钻孔则根据测压目的的要求进行测压地点选择。e选择测压地点应保证测压钻孔有足够的封孔深度穿层测压钻孔的见煤点或顺层测压钻孔的测压气室应位于巷道的卸压圈之外，采用注浆封孔的上向测压钻孔倾角应不小于5。f同一地点应设置两个测压钻孔，其终孔见煤点或测压气室应在相互影响范围外，其距离除石门测压外应不小于20m。石门揭煤瓦斯压力测定钻孔的布置按防治煤与瓦斯突出规定的有关规定进行。g瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。,3）煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法AQ／T1047-2007,6.1.2煤层瓦斯压力测定,（2）测压用设备、材料、仪表及工具钻孔设备钻机能力应满足测压钻孔长度的要求。材料a木楔、压力表联接头、密封垫、密封带以及真空密封膏等；b测压用的测压管材承受内压应不小于12MPa。仪表测定用压力表，量程为预计煤层瓦斯压力的1.5倍，准确度优于1.5级，必须符合JJG52的规定；空盒气压计，必须符合QX／T26的规定。工具管钳，扳手，剪刀，皮尺，水桶，螺丝刀，手工封孔送料管等。,6.1.2煤层瓦斯压力测定,（3）测压钻孔施工及封孔测压钻孔施工钻孔直径宜为直径65～95mm。钻孔长度应保证测压所需的封孔深度。钻孔的开孔位置应选在岩石煤壁完整的地点。钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔除特厚煤层外应穿透煤层全厚，对于特厚煤层测压钻孔应进入煤层1.5～3m。钻孔施工好后，应立即用压风或清水清洗钻孔，清除钻屑，保证钻孔畅通。,6.1.2煤层瓦斯压力测定,（3）测压钻孔施工及封孔测压钻孔施工在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中长度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。记录格式为钻孔施工前应制定详细的技术及安全措施包括测压观测期间所应采取的技术及安全措施。,胶囊胶圈密封粘液封孔测压法的封孔工艺,（3）测压钻孔施工及封孔,注浆封孔测压法的封孔工艺,通过辅助管将安装有夹持器的测压管安装至预定的测压深度，在孔口用木楔封住，并安装好注浆管；,根据封孔深度确定膨胀不收缩水泥的使用量。按一定比例参考值为水灰比为21，膨胀剂的掺量为水泥的12％配好封孔水泥浆.用泥浆泵一次连续将封孔水泥浆注入钻孔内；,注浆24h后，在孔口安装三通及压力表。,（3）测压钻孔施工及封孔,,,,填料封孔法,打完钻孔后，先用水清洗钻孔,再向孔内放置带有压力表接头的测压管，管径约为6-8mm，长度不小于6m，最后用充填材料封孔。,,,,6.1.2煤层瓦斯压力测定,测压仪表压力表量程为预计煤层瓦斯压力的1.5倍，精度优于1.5级，工具管钳、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺丝刀等。,6.1.2煤层瓦斯压力测定,4）测定、观测与测定结果确定,采用主动测压时，只在第一次测定时向测压钻孔充入补偿气体，补偿气体的充气压力宜为预计压力的0.5倍；采用主动测压应每天观测1次，被动测压至少3天观测1次；采用主动测压，当煤层瓦斯压力小于4MPa时，其观测时间需5-10d，当瓦斯压力大于4MPa时，需10-20d；采用被动测压，则视煤层瓦斯压力及透气性大小的不同，其观测时间一般需20-30d以上。在观测中发现瓦斯压力值在开始测定的一周内变化较大时，应适当缩短观测时间间隔；将观测结果绘制在以时间为横坐标、瓦斯压力为纵坐标，当观测时间达到要求时，如压力变化在3d内小于0.015MPa，结束，否则应延长；同一个测压地点以最高瓦斯压力测定值作为测定结果。,6.1.2煤层瓦斯压力测定,,4）间接测定法朗格缪尔方程,间接测定法煤层瓦斯压力误差大，但井下操作简单，测定时间短。直接测压煤层瓦斯压力误差小，井下封孔困难，测定周期长。,优缺点,6.1.2煤层瓦斯压力测定,,5）煤层瓦斯压力分布的一般规律,,０,２,４,６,８,10,200,400,600,800,1000,同一矿区，煤层瓦斯压力随深度的增加而增大,6.1.2煤层瓦斯压力测定,6.1.3煤的斯放散初速度指标测定测定步聚,1采样新鲜煤壁250g，无烟煤2-3mm，其它煤种0.25-0.5mm，3.5g各二个，装入。2煤样脱气真空抽1.5h。3煤样充气1标准大气压下，充CH41.5h。4测定瓦斯放散初速度,6.1瓦斯基础参数测试方法,煤的斯放散初速度指标（△p）测定方法AQ1080-2009钻屑瓦斯解吸指标测定方法AQ-T1065-2008,5开动真空泵对仪器管道死空间进行脱气，使U型管泵真空计两端泵面相平。6停止真空泵，关闭仪器死空间通往真空泵的阀门，打开试样瓶的阀门，使煤样与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒表计时，10s时关闭阀门，读出汞柱计两端汞柱差P1mm，45s时再打开阀门，60s时关闭阀门，再一次读出汞柱计两端汞柱差P2mm。7瓦斯放散初速度△PP2-P1，同一煤样的两个试样测出的△P值之差不应大于1，否则需要重新测定。,6.1.3瓦斯放散初速度测定,6.1.4煤的坚固性系数f值测定,1在煤层厚度的上、下部各采集直径为100mm煤两块，重量约1.5～2.0kg，用塑料袋密封，作好标记送实验室。2将井下煤样用手工破碎成20～30mm粒度的煤样，分成50g一份，每5份为一组250g，共需3组750g。3将每份煤样放入捣碎筒内后，把2.4kg的重锤提高到600mm高度并使之自由落体，每份煤样落锤冲击3次。4每组煤样捣碎后，经过筛分，把粒度为0.5mm以下的粉煤倒入计量筒内，轻轻敲打使之密实，插入具有刻度的活塞尺，量出粉煤高度即粉末在计量桶内的实际高度，读至毫米。,6.1瓦斯基础参数测试方法,,,f值测筒及落锤,当l30mm时，冲击次数n，即为3次，按以上步骤继续进行其它各组测定；当l≤30mm时，第一组试样做废，每份试样冲击次数n改为5次，按以上步骤进行冲击、筛分和测量，仍以5份作为一组，测定煤粉高度。⑤按下式计算每组煤的坚固性系数f值,,,,式中f为煤的坚固性系数；n每份试样的冲击次数，次；l每组试样筛下粉煤计量高度，m；,⑥3组煤所测f值的算术平均值即为测定地点煤样的坚固性系数。,6.1.4煤的坚固性系数f值测定,6.1.5煤层透气性系数测定,煤是一种多孔介质，在一定的压力梯度下，气体和液体可以在煤体中流动。煤层透气性是煤层对瓦斯流动的阻力，通常用透气性系数来表示。透气性系数越大，瓦斯在煤层中流动越容易。煤层透气性系数λ在我国普遍用的单位是m2/MPa2.d。物理意义在1米长的煤体上，当压力平方差为1MPa2时，通过1m2煤层断面，每日流过的瓦斯立方米数。1m2/MPa2.d相当于0.025mD毫达西。,6.1瓦斯基础参数测试方法,,,,,,,,1m,1MPa,,2,,,,,1m,,,,1m,,1m,,,m3/m2.d,λ,,,,工作任务,,煤层透气性表征煤层对瓦斯流动的阻力,它反映着瓦斯沿煤层流动的难易程度，如何测定煤层透气性系数如何判断抽放难易程度,任务描述,任务分析,只有知道煤层透气性系数，才能判断瓦斯抽放难易程度，进而才能为抽放设计提供依据,54,1）煤层透气性及其影响因素,煤的孔隙结构,煤层透气性系数及其影响因素,煤的水分,地应力,煤的裂隙,,,,,,煤的渗透率与其承受压力的关系K－承压煤样的渗透率，cm2；K0－未承压煤样的渗透率，cm2；b－经验常数（由试验确定），MPa－1；P煤样承受的压力，MPa。,地质构造的变动或采掘时的影响、煤层的原生构造遭到破坏而生成新的裂隙和断裂，致使煤的渗透性增大。,孔隙直径0.1～1μm，构成瓦斯缓慢层流渗透区；孔隙直径1～100μm，构成瓦斯快速层流渗透区；0.01cm至更大的肉眼可见孔隙和裂隙，构成层流与紊流的混合渗透区，孔隙直越大，则其渗透性能越好。,煤被水湿润后，由于水分占据了煤中的孔隙，渗透率降低，阻碍瓦斯流动，渗透率降低的程度与煤的水分大小有关。,,,,,,径向不稳定流计算公式,,F010-2～1，λA1.61B0.61F01～10，λA1.39B0.39F010～102λ1.1A1.25B0.25F0102～103，λ1.83A1.14B0.137F0103～105，λ2.1A1.11B0.111F0105～107，λ3.14A1.07B0.07,P0--煤层原始绝对瓦斯压力表压力加0.1，MpaP1--钻孔中的瓦斯压力，一般为0.1Mpa；λ--煤层的透气性系数，m2/Mpa2.d；r1--钻孔半径，m；q---在排放时间为t时，钻孔煤壁单位面积的瓦斯流量，m3/m2d；,,X--煤的瓦斯含量，m3/m3；P--确定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，Mpa；,Q--时间t时测出的钻孔流量，m3/t；L--钻孔见煤长度，一般为煤层厚度，m；t--从钻孔卸压到测定钻孔瓦斯流量时间，d；a--煤层瓦斯含量系数，,6.1.5煤层透气性系数测定,F0Bλ,测定与计算步骤,2）煤层透气性系数测定与计算步骤,,,,上压力表前要测定钻孔瓦斯流量，并记录测定时间，待压力表上升到稳定的最高值后，方可进行煤层透气性能的测定。,卸下钻孔上的压力表排放瓦斯、并测定钻孔瓦斯流量、记录测定时间，即卸压力表大量排瓦斯的时间和每次测定瓦斯流量的时间，二者的时间差即为时间准数中的值。,先用其中任一公式进行试算，计算出λ，再将其代入F0＝Bλ式中校验。如F0值在原选用的公式范围内，则计算结果正确；若不在，据算出的F0，选公式再计算，直至F0值在所选用公式范围内。,注意事项,1打测压钻孔时要注意有无喷孔，如有喷孔，应测定喷出的煤量，然后折合计算孔径；2测定钻孔瓦斯流量时，可在不同时间多测几个瓦斯流量值，以便分析距钻孔不同距离煤体透气性的变化规律；3卸压后到测定流量时间长时，钻孔见煤长度可不取实测值如钻孔与煤层面斜交，而取等于煤厚；如时间短，则L值可取为钻孔见煤长度。,6.1.5煤层透气性系数测定,某煤层实测瓦斯压力p0＝4MPa，瓦斯含量系数α＝13.27m3/m2．MPa0.5，煤层厚度L＝3.5m，钻孔半径r1＝0.05m，卸压至测定钻孔瓦斯流量的时间t＝44d，钻孔瓦斯流量Q＝1.77m3/d，卸压后钻孔瓦斯压力p1＝0.1MPa，试求该煤层透气性系数λ。1求q（2）求A和B（3）求λ（4）校验F0在102～103范围内，公式选用合适，计算结果正确。,径向不稳定流计算公式,,F010-2～1，λA1.61B0.61F01～10，λA1.39B0.39F010～102λ1.1A1.25B0.25F0102～103，λ1.83A1.14B0.137F0103～105，λ2.1A1.11B0.111F0105～107，λ3.14A1.07B0.07,P0--煤层原始绝对瓦斯压力表压力加0.1，MpaP1--钻孔中的瓦斯压力，一般为0.1Mpa；λ--煤层的透气性系数，m2/Mpa2.d；r1--钻孔半径，m；q---在排放时间为t时，钻孔煤壁单位面积的瓦斯流量，m3/m2d；,,X--煤的瓦斯含量，m3/m3；P--确定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，Mpa；,Q--时间t时测出的钻孔流量，m3/t；L--钻孔见煤长度，一般为煤层厚度，m；t--从钻孔卸压到测定钻孔瓦斯流量时间，d；a--煤层瓦斯含量系数，,6.1.5煤层透气性系数测定,F0Bλ,6.1.6瓦斯抽采半径测定6.1.7巷道排放半径,6.1瓦斯基础参数测试方法,6.1.8其它瓦斯参数测定1.吸附常数a.b值井下取样，送实验室做等温吸附测定。2.孔隙率井下采样，送实验室测定真密度、视密度3.煤比表面积1g煤所拥有的表面积，井下采样，送实验室测定4.煤的瓦斯解吸速度吸附平衡煤样卸压后，瓦斯吸附量与时间变化关系呈幂指数关系。,6.1瓦斯基础参数测试方法,第六章瓦斯地质规律与瓦斯预测,第一节瓦斯基础参数测试方法第二节瓦斯含量预测第三节矿井瓦斯涌出量预测第四节煤与瓦斯突出危险性预测第五节瓦斯防治相关文件及防治措施,（一）线性回归分析法煤矿开采实践表明，在一定深度范围内，矿井瓦斯含量与煤层赋存深度有线性关系WaHb（6－20）式中W煤层瓦斯含量，m3/t；H开采深度，m；a、b回归系数。当上述线性关系较好时，可以利用该关系进行深部煤层瓦斯含量预测。该方法适用于以下几种情况生产矿井的延深水平，生产矿井开采水平的新区，与生产矿井邻近的新矿井。在应用中，要求生产矿井预测区的地质和煤层赋存条件与获得瓦斯含量数据的已经开采区域相同或类似。应用线性回归分析法时预测范围一般沿垂深不超过100～200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。,第二节瓦斯含量预测,（二）拉格朗日（Lagrange）插值对生产矿井，有不同深度煤层瓦斯含量WH0，WH1，WH2，，WHn，且无线性关系或线性关系不好时，可以利用已经有的瓦斯含量数据预测深度煤层瓦斯含量，通过拉格朗日插值预测深部煤层瓦斯含量。假设取区间[a，b]上的n1个节点H0，H1，，Hn，并且已知函数在这些点PH上的函数值,,利用拉格朗日插值方法可得,其中式中W煤层瓦斯含量，m3/t；H煤层埋藏深度，m。当n1，2时，n次拉格朗日插值多项式即为线性插值多项式和抛物插值多项式。即有通过插值，可获得深部或需要深度处的煤层瓦斯含量。同样，该方法在应用中，要求预测区的地质和煤层赋存条件与获得瓦斯含量数据的已经开采区域相同或类似。,,三基于瓦斯地质规律的预测方法,通过研究瓦斯地质规律，划分瓦斯地质单元，分析不同瓦斯地质单元内瓦斯赋存的主控因素，通过建立瓦斯含量与主控因素间的数学模型，对未采区域的瓦斯含量进行预测的方法。以焦作矿区方庄二矿瓦斯含量预测为例。,瓦斯地质单元指地质特征相近、未受大的地质构造阻隔的整片煤层区域。在同一地质单元内，有基本相同的煤质和相近似的地质构造复杂程度、煤层破坏程度、构造煤厚度等，区内煤层基本连续，瓦斯能够沿煤层在区内顺利流动。即瓦斯地质条件类似。,,焦作某矿二1煤层瓦斯地质单元划分图,,,Ⅰ单元,Ⅱ单元,九里山断层与二水平降水漏斗之间含量点分布图,,距九里山断层距离与瓦斯含量回归趋势线,断层歼灭端含量点分布图,距断层歼灭端距离与瓦斯含量回归趋势线,煤层厚度等值线图,煤层厚度与瓦斯含量回归趋势线,瓦斯含量与煤层埋深回归趋势线,,第六章瓦斯地质规律与瓦斯预测,第一节瓦斯基础参数测试方法第二节瓦斯含量预测第三节矿井瓦斯涌出量预测第四节煤与瓦斯突出危险性预测第五节瓦斯防治相关文件及防治措施,,知识点,,技能点,,矿井瓦斯涌出、形式及来源影响矿井瓦斯涌出的因素矿井瓦斯涌出量的计算方法,,矿井瓦斯涌出量预测方法,要点,第三节矿井瓦斯涌出与预测,,,,工作任务,,矿井瓦斯灾害具有突发性，但矿井瓦斯涌出、具体矿井瓦斯的涌出源大致比例大小是有规律可循的，如何掌握其规律呢,任务描述,任务分析,只有首先熟悉煤层瓦斯涌出规律，掌握矿井瓦斯涌出源，进而提前预测矿井瓦斯涌出，为采取有针对性的防治瓦斯措施提供科学的依据。,一、矿井瓦斯涌出概念瓦斯涌出量是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌入采掘空间及抽放管道中的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。1.绝对瓦斯涌出量指单位时间涌出的瓦斯体积，单位为m3/d或m3/min。式中Qj──绝对瓦斯涌出量，m3/min；Q──风量，m3/min；C──风流中的平均瓦斯浓度，％。,第三节矿井瓦斯涌出量预测,2.相对瓦斯涌出量指矿井在正常生产条件下，平均日产1t煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。式中qx──相对瓦斯涌出量，m3/t；Qj──绝对瓦斯涌出量，m3/d，Ad──日产量，t/d。瓦斯涌出量中除开采煤层涌出的瓦斯外，还有来自邻近层和围岩的瓦斯，所以相对瓦斯涌出量一般要比瓦斯含量大。,3.矿井瓦斯等级划分突出矿井、高瓦斯矿井、瓦斯矿井具备下列情形之一的矿井为突出矿井（一）发生过煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出的；（二）经鉴定具有煤（岩）与瓦斯（二氧化碳）突出煤（岩）层的；（三）依照有关规定有按照突出管理的煤层，但在规定期限内未完成突出危险性鉴定的。具备下列情形之一的矿井为高瓦斯矿井（一）矿井相对瓦斯涌出量大于10m3/t；（二）矿井绝对瓦斯涌出量大于40m3/min；（三）矿井任一掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min；（四）矿井任一采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min。同时满足下列条件的矿井为瓦斯矿井（一）矿井相对瓦斯涌出量小于或等于10m3/t；（二）矿井绝对瓦斯涌出量小于或等于40m3/min；（三）矿井各掘进工作面绝对瓦斯涌出量均小于或等于3m3/min；（四）矿井各采煤工作面绝对瓦斯涌出量均小于或于5m3/min。,二、煤层瓦斯涌出形式（一）正常瓦斯涌出从煤层、岩层以及采落的煤矸石中比较均匀的释放出瓦斯的现象即为正常式涌出瓦斯，这是煤层瓦斯涌出的主要形式。（二）瓦斯喷出大量瓦斯在压力状态下，从肉眼可见的煤、岩裂缝及空洞中集中涌出，即为瓦斯喷出。一般都伴随有声响效应，如吱吱声、哨声、水的沸腾声等。一般认为，在正常通风条件下，短时间内，使巷道瓦斯浓度严重超限，并持续一定时间少则几十分钟，多则几年的瓦斯涌出属于瓦斯喷出。,喷出式瓦斯涌出必须有大量积聚游离瓦斯的瓦斯源，按不同生成类型，瓦斯喷出源有两种地质生成瓦斯源和生产生成瓦斯源。1.地质生成瓦斯源地质生成瓦斯源是指喷出的瓦斯来源于成煤地质过程中，大量瓦斯积聚在地质的裂隙和空洞内，当采矿工程揭露这些地层时，瓦斯就从裂隙及空洞中涌出，形成瓦斯喷出。如阳泉、中梁山等矿区从顶底板石灰岩的溶洞型孔隙中喷出大量瓦斯就属于地质生成瓦斯源。阳泉一矿12号煤层四尺煤三下山底板，当钻孔穿过K3层石灰岩时，曾从裂隙中喷出了1132万m3瓦斯在一年时间内。,2.生产生成瓦斯源生产生成瓦斯源是指喷出的瓦斯来源于因开采松动卸压的影响，使开采层邻近的煤层卸压而形成大量解吸瓦斯，当游离瓦斯积集达到一定能量时，冲破层间岩石而向回采巷道喷出。如南桐矿区开采近距离上保护层后，从底板向回采工作面突然喷出大量瓦斯，就是属于生产生成瓦斯源的典型喷出事例。,（三煤与瓦斯突出煤岩与瓦斯二氧化碳突出是含瓦斯的煤、岩体，在压力地层应力、重力、瓦斯压力等作用下，破碎的煤和解吸的瓦斯从煤体内部突然向采掘空间大量喷出的一种动力现象。在突出过程中，瞬间瓦斯涌出量及瓦斯涌出总量是非常惊人的，如我国最大的天府三汇一矿6号煤层的突出，在突出后1小时实测瞬间瓦斯涌出量达3960m3/min，在突出后的2小时45分钟时，瓦斯涌出量仍有35m3/min，在这期间总计涌出瓦斯量为140万m3，抛出煤炭及岩石共12780t。,三、影响矿井瓦斯涌出量的主要因素整个矿井的瓦斯涌出量称为矿井瓦斯涌出量；对个别煤层、水平、采区或工作面而言，则分别称为煤层、水平、采区或工作面的瓦斯涌出量。瓦斯涌出量的大小主要取决于下述自然因素和开采技术因素。（一煤层和围岩的瓦斯含量（二开采深度影响（三开采规模影响（四开采顺序与开采方法影响（五）地面大气压力的变化,86,四、矿井瓦斯涌出量预测方法,预测方法,矿山统计法,分源预测法,,,,,矿山统计法的实质是根据对本井或邻近矿井实际瓦斯涌出量资料的统计分析得出的矿井瓦斯涌出量随开采深度变化的规律，来推算新井或延深水平的瓦斯涌出量。,井下涌出瓦斯的地点即为瓦斯涌出源。瓦斯涌出源的多少、各涌出源涌出瓦斯量的大小直接决定着矿井瓦斯涌出量的大小。应用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量，是以煤层瓦斯含量、煤层开采技术条件为基础，根据各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出规律，计算回采工作面、掘进工作面、采区及矿井瓦斯涌出量。,,,瓦斯地质统计法,,根据本矿井或邻近矿井实际瓦斯地质资料，在搞清矿井瓦斯地质规律的基础上，划分瓦斯地质单元，分析影响瓦斯涌出量大小的主控因素，建立瓦斯涌出量与主控因素的数学模型，预测新水平或新建矿井瓦斯涌出量的方法。,,四、矿井瓦斯涌出量预测法（一）矿山统计法1.简易统计法1）在风化带以下的甲烷带内，当煤层瓦斯地质条件和开采条件变化不大时，相对瓦斯涌出量随采深呈近似线性关系。（6-17）式中q矿井相对瓦斯涌出量，m3/t；H开采深度，m；H0瓦斯风化带深度，m；α对瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度，m/m3/t；,2）α值的确定（1）当有瓦斯风化带以下两个水平的实际相对瓦斯涌出量资料时式中H2瓦斯带2水平的开采深度，m；H1瓦斯带1水平的开采深度，m；q2在深度H2的相对瓦斯涌出量，m3/t；q1在深度H1的相对瓦斯涌出量，m3/t；（2）当有瓦斯风化带以下多个水平的实际相对瓦斯涌出量资料时式中Hi第i个水平的开采深度，m；qi第i个水平的相对瓦斯涌出量，m；n统计的开采水平个数。,3）H0的确定12根据实测煤层瓦斯基本参数确定，瓦斯风化带的下部边界可参照下列条件确定甲烷及重烃的浓度之和占气体组分的80按体积;瓦斯压力P0.10.15MPa;相对瓦斯涌出量qCH423m3/t;煤层的瓦斯含量W1.0～1.5m3/t（燃）长焰煤W1.5～2.0m3/t（燃）气煤W2.0～2.5m3/t（燃）肥、焦煤W2.5～3.0m3/t（燃）瘦煤W3.0～4.0m3/t（燃）贫煤W5.0～7.0m3/t（燃）无烟煤,2.线性回归法式中a相对瓦斯涌出量梯度，m3/tm；b线性回归常数；H深度，m；,91,3矿山统计法使用条件及要点①生产矿井的延深水平、生产水平的新采区、与生产矿井邻近的新矿井，在应用中必须保证预测区的开采技术条件、地质条件与生产区相同或类似。②应用统计预测法时的外推范围一般沿垂深不超过100～200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。③某些矿井相对瓦斯涌出量与开采深度之间并不呈线性关系，即a值不是常数，此时，应首先根据实际资料确定a值随开采深度的变化规律。④工作面从开切眼形成到第一次放顶期间，由于瓦斯涌出尚未达正常状态，在该段时间内的测定数据不能在统计分析中应用；⑤在采煤不正常的情况下测得的瓦斯涌出量，以及地质变化带采区瓦斯涌出量变化很大的情况下测得的瓦斯涌出量，均不能在统计分析中应用。⑥在实施瓦斯抽放的采区和工作面，还应考虑抽放瓦斯的影响。,二瓦斯地质统计法,1瓦斯地质统计法的基本原理通过研究瓦斯地质规律，分析瓦斯涌出量的变化规律，筛选影响瓦斯涌出量变化的主要地质因素。在此基础上，根据矿井已采工作面的瓦斯涌出量实测资料和相关的地质资料，综合考虑包括开采深度在内的多种影响因素，采用一定的数学方法，建立预测瓦斯涌出量的多变量数学模型预测方程；利用所建立的数学模型，对矿