第五章 瓦斯参数测定方法.pdf

1 瓦 斯 地 质 学瓦 斯 地 质 学 河 南 理 工 大 学河 南 理 工 大 学 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 v煤层原始瓦斯压力煤层原始瓦斯压力 v煤层残存瓦斯压力煤层残存瓦斯压力 v煤层原始瓦斯含量煤层原始瓦斯含量 v煤层残存瓦斯含量煤层残存瓦斯含量 v煤的瓦斯容量煤的瓦斯容量 v瓦斯浓度瓦斯浓度 v矿井相对、绝对瓦斯涌出量矿井相对、绝对瓦斯涌出量 v瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度 v煤的坚固性系数煤的坚固性系数 q4.1 有关煤层瓦斯的几个概念有关煤层瓦斯的几个概念 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 煤层原始瓦斯压力煤层原始瓦斯压力 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，其物理单位为之为煤层原始瓦斯压力，其物理单位为MPa（兆帕）。（兆帕）。 煤层残存瓦斯压力煤层残存瓦斯压力 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。煤层的残存瓦斯压力总小 于原始瓦斯压力。于原始瓦斯压力。 煤层原始瓦斯含量煤层原始瓦斯含量 当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，单位重量煤中所含有当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，单位重量煤中所含有 的换算成标准状态下（的换算成标准状态下（0℃，℃，0.1MPa）的瓦斯体积称之为煤层原始瓦斯）的瓦斯体积称之为煤层原始瓦斯 含量，它常用含量，它常用m3/t和和cm3/g作作计计量单位。量单位。 煤层残存瓦斯含量煤层残存瓦斯含量 当煤层受采动影响而涌出一部分瓦斯后，单位重量煤中所含有的换算成当煤层受采动影响而涌出一部分瓦斯后，单位重量煤中所含有的换算成 标准状态下的瓦斯体积称之为煤层残存瓦斯含量。标准状态下的瓦斯体积称之为煤层残存瓦斯含量。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 煤的可解吸瓦斯含量煤的可解吸瓦斯含量 煤煤自自原始瓦斯含量原始瓦斯含量与与0.1 MPa瓦斯压力下的煤层残存瓦斯含量瓦斯压力下的煤层残存瓦斯含量 之之差差称之为煤的称之为煤的可解吸可解吸瓦斯含量，其物理单位为瓦斯含量，其物理单位为m3/t或或cm3/g。煤。煤 的的可解吸可解吸瓦斯含量大瓦斯含量大致代表致代表单位重量的煤单位重量的煤在开在开采采过程过程中中在在井下井下可可 能能涌出的瓦斯量。涌出的瓦斯量。 煤的瓦斯容量煤的瓦斯容量 当煤中瓦斯压力当煤中瓦斯压力无限升高无限升高时，单位重量煤所时，单位重量煤所能吸附能吸附的换算成标的换算成标 准状态下的瓦斯体积称之为煤的瓦斯容量。瓦斯容量准状态下的瓦斯体积称之为煤的瓦斯容量。瓦斯容量与与煤的煤的变变质质 程程度有度有关关，，从褐从褐煤煤到无烟到无烟煤，煤，随着随着煤的煤的变变质质程程度的度的升高升高，瓦斯容，瓦斯容 量量也随着加也随着加大。瓦斯容量大。瓦斯容量实际上是实际上是煤对瓦斯的煤对瓦斯的极限吸附极限吸附量。量。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 瓦斯浓度瓦斯浓度 单位体积单位体积空气空气中所含有的瓦斯体积的体积中所含有的瓦斯体积的体积百百分数称之为瓦斯分数称之为瓦斯 浓度，常用浓度，常用作单位，作单位，我们我们常常说说的瓦斯浓度为的瓦斯浓度为1表示表示的的是是井下井下每每 1m3大大气气中含有中含有0.01m3的瓦斯，的瓦斯，或者说每或者说每100m3的井下的井下空气空气中含有中含有 1m3的瓦斯。的瓦斯。 矿井相对瓦斯涌出量矿井相对瓦斯涌出量 矿井矿井在在正正常常生产条件生产条件正正常常生产条件生产条件下下每每采一采一吨吨煤所涌出的瓦斯体积称之为煤所涌出的瓦斯体积称之为 矿井相对瓦斯涌出量，单位矿井相对瓦斯涌出量，单位是是m3/t。。 矿井绝对瓦斯涌出量矿井绝对瓦斯涌出量 矿井矿井在在单位时单位时间内间内涌出瓦斯的体积，涌出瓦斯的体积，m3/min或或m3/t；； 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度 △△pp 它它是是一一个假定指个假定指标，标，表示充表示充有瓦斯的煤有瓦斯的煤样样放散瓦斯放散瓦斯快慢快慢的一的一 个指个指标，标，无无量量纲纲。。 煤的坚固性系数煤的坚固性系数 f f 反映反映煤体煤体破坏程破坏程度的一度的一个指个指标，标，无无量量纲纲。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.2 煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量测定 4.2.1 煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量测定方法测定方法分分类类 1.根据应根据应用用范围范围地质地质勘探钻孔勘探钻孔中中应应用用方法方法 煤矿井下煤矿井下应应用用方法方法 2.根据方法特点直接测定法根据方法特点直接测定法 间接测定方法间接测定方法 直接测定法比较简直接测定法比较简单，单，直接从直接从煤、煤、岩岩 试样试样中中抽抽出瓦斯，出瓦斯，测定测定其成其成份份和瓦斯含量。和瓦斯含量。 比较复杂比较复杂，，先测定孔隙先测定孔隙率率、、a、、b值值，， 煤的工煤的工业业分分析析，，再再计计算瓦斯含量。算瓦斯含量。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.2.2 煤层瓦斯含量直接测定方法煤层瓦斯含量直接测定方法 1. 1.煤的残存瓦斯含量测定方法煤的残存瓦斯含量测定方法 1取取样样。。采采取新鲜取新鲜煤煤芯芯或或碎碎煤煤约约200g，，装入装入特特制密封制密封容容器器（（真真空空 罐罐）中）中加加以密封以密封。。 2试试验室脱验室脱气与气气与气体分体分析析。。试样试样送送到试到试验室验室后后脱脱气气，，加加热至热至 95度度真真空抽空抽出出气气体体进行色谱进行色谱分分析析。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 3煤煤样样粉碎粉碎。。煤煤样样脱脱气气结束结束后，后，打打开开真真空空罐取罐取出煤出煤样样，放，放进密封球进密封球 磨罐进行粉碎磨罐进行粉碎。。要求粉碎要求粉碎后煤后煤样样绝大部分（绝大部分（80以以上上）的）的粒粒度度在在 0.25mm以以下。下。 4粉碎粉碎后后脱脱气与气气与气体分体分析析。。将装将装有有已粉碎已粉碎煤煤样样的的密封球磨罐进行密封球磨罐进行 加加热热和和真真空空脱脱气气，，方法方法同步骤同步骤（（2），），直到直到基本基本上无气上无气体体解吸解吸为为止止。。 5煤煤样样称重称重与与工工业业分分析析。。 6煤中残存瓦斯量煤中残存瓦斯量计计算。算。根据根据2个个阶段脱阶段脱气气的的气气体分体分析结果析结果中的中的氧氧 含量，含量，扣除混入扣除混入的的空气空气成成份份，，即即换算出换算出了了无空气无空气基基的煤层的煤层气气体成体成 分，分，再再根据根据两次脱两次脱气抽气抽出的出的气气体体积和成体体积和成份份、煤、煤样样重量和煤质分重量和煤质分析析 结果结果，，就很就很容容易易算出单位重量煤（算出单位重量煤（或可或可燃燃质）中含有的瓦斯量，质）中含有的瓦斯量，即即 煤的残存瓦斯含量。煤的残存瓦斯含量。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 2.地勘期间煤层瓦斯含量测定方法地勘期间煤层瓦斯含量测定方法解吸法解吸法 解吸法解吸法 解吸法是解吸法是把把钻孔钻孔专专用用仪器仪器采采样样改改为用为用普通普通岩岩芯管芯管在孔在孔 底取底取煤煤芯芯，，利利用用密封罐密封罐在在煤煤芯提芯提升到孔升到孔口口时采时采样样。。这这样样做做 的的结果结果，，既减少了既减少了钻孔钻孔采采样样的的困难困难，，又不又不影响影响正正常常钻钻进进。。 该该法自法自1973年起年起在在美国得美国得到到了广泛了广泛的的应应用，用，抚顺抚顺分分院院在在 1978～～1981年期年期间在我间在我国国一一些些煤煤田田进行了进行了工工业业试试验验，，完善完善 了了测定测定中所用的成中所用的成套套仪器仪器和工和工具具，，已已使使之标准之标准化化。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 测定步聚测定步聚 1采采样样。。用用普通普通煤煤芯管芯管采采取取煤煤芯芯，当煤，当煤芯芯升到升到地地表表之后，之后，选选取取煤煤样样 约约300～～400g，，立立即即放放进密封罐进密封罐中中密封密封，，在在采采样过程样过程中，中，测定测定提提升升煤煤 芯芯和煤和煤样在空气样在空气中的中的暴露暴露时时间间。。 2瓦斯瓦斯解吸解吸规律规律测定测定。。测定测定进行进行2h后，后，把把煤煤样样 送送到试到试验室进行脱验室进行脱气气和和气气体分体分析析。。 1-水箱 2-量管 3-螺旋夹 4-吸气球 5-温度计 6-弹簧夹 7-胶管 8-穿 刺针头 9-密封罐 1 9 5 8 7 6 2 3 4 解吸解吸速度速度测定测定仪仪 3损失损失瓦斯量瓦斯量计计算。算。测定测定进行进行2h后，后，把把煤煤样样送送 到试到试验室进行脱验室进行脱气气和和气气体分体分析析。煤。煤样解吸测定样解吸测定 前损失前损失的瓦斯量的瓦斯量取取决决于煤于煤芯芯在孔内在孔内和和空气空气中的中的 暴露暴露时时间间和煤和煤样样瓦斯瓦斯解吸解吸规律规律。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 试试验验和理和理论论分分析结果析结果表表明明，煤，煤样在样在刚刚开开始始暴露暴露的一的一段段时时间内间内，，累累计计 解吸解吸的瓦斯量的瓦斯量与与煤煤样解吸样解吸时时间间的平的平方根方根成成正比正比例例，，即即 式式中中Vz煤煤样自样自暴露暴露时时起起到解吸测定到解吸测定进行进行时时间间为为t时的瓦斯总时的瓦斯总解吸解吸体体 积，积，ml；； t0煤煤样在解吸测定样在解吸测定前前的的暴露暴露时时间间，，min；； t1提提钻钻时时间间，，据据经经验验煤煤样在钻孔样在钻孔的的暴露暴露时时间间取取为，为，min；； t2解吸测定解吸测定前前煤煤样在样在地地面面的的暴露暴露时时间间，，min；； t煤煤样解吸测定样解吸测定的时的时间间，，min；； k比比例例常数，。常数，。 ttkVz 0 210 2 1 ttt 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 0 200 400 600 1000 800 200 400 600 800 1000 损 失 瓦 斯 量 Vml 图1 瓦斯损失量计算图 tt0min 解吸测定测解吸测定测出的瓦斯出的瓦斯解吸解吸量量V仅仅 为煤为煤样样总总解吸解吸量量Vz的一部分，的一部分，仅仅是是t0 到到t那那部分部分解吸解吸量，量，解吸测定解吸测定前前煤煤样样 在在暴露暴露时时间间t0时时已已损失损失的瓦斯量的瓦斯量 由由此此 从从现场现场应应用用该该法法的的来看来看，，损失损失瓦瓦 量量量量占占煤煤样样总瓦斯量的总瓦斯量的10～～50。。应应 尽尽量量减少减少煤煤样样的的暴露暴露时时间间，，尽尽量量选选取取 较较大大粒粒度的煤度的煤样样，，以减以减小瓦斯小瓦斯损失损失量量 在在煤煤样样总瓦斯量中所总瓦斯量中所占占的的比比重。重。 20 VttkV− 0 tkVz 5瓦斯含量瓦斯含量计计算。算。 4试试验室验室煤煤样样脱脱气气及及气气体成分分体成分分析析。。经经过解吸测定过解吸测定结束结束后的煤后的煤 样样，，在在密封密封状态下状态下应应尽尽快快送送到试到试验室进行验室进行加加热热（（95℃）℃）真真空空脱脱气气，， 脱脱气气完完后后将将煤煤样样粉碎粉碎，，再进行再进行一一次脱次脱气气，，最最后后进行进行气气体体组组分分分分析析。。 脱脱气气、、粉碎粉碎和和气气体分体分析析方法与测方法与测残存瓦斯含量时相残存瓦斯含量时相同同。。 G VVVV X 4321 0 X- - - - - - - - -ml/g 0 V- - - - - - - - -ml 1 V- - - - - - - - - -ml 2 V - - - - - - - - - -ml 3 V- - - - - - - - - - 4 煤 样 原 始 瓦 斯 含 量 ，； 煤 样 解 析 测 定 中 累 计 解 析 出 的 瓦 斯 体 积 ，； 推 算 出 的 瓦 斯 损 失 量 ，； 煤 样 粉 碎 前 脱 出 量 ，； 煤 样 粉 碎 后 脱 出 ml G- - - - - - - - -g 量 ，； 煤 样 重 量 ，； 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 3.井下煤层瓦斯含量测定方法井下煤层瓦斯含量测定方法钻屑解吸法钻屑解吸法A 钻屑解吸法钻屑解吸法A 抚顺抚顺分分院院在在1980～～1981年期年期间间，，研究研究提提出出了了钻钻屑屑解吸解吸 法测定法测定煤层瓦斯含量的煤层瓦斯含量的方法方法。。方法方法的原理的原理与与地地勘钻孔勘钻孔所用所用 解吸法解吸法相相同同。。与在与在地地勘钻孔勘钻孔中中应应用相用相比比，，该该法在法在井下煤层井下煤层 钻孔应钻孔应用的用的明显优明显优点点 一一是是煤煤样样暴露暴露时时间间短短，一，一般般为为3～～5min，，且且易易准准确确进行进行 测定；测定； 二二是是煤煤样在钻孔样在钻孔中的中的解吸条件与在空气解吸条件与在空气中大中大致致相相同同，， 无无泥浆泥浆和和泥浆泥浆压力的影响。压力的影响。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 煤样解吸随时间变化规律煤样解吸随时间变化规律煤样解吸随时间变化规律煤样解吸随时间变化规律 式式中中 q- - - 在解在解析析时时间间为为t时煤时煤样样的的解解析析瓦斯速度，瓦斯速度，ml/g.min q1- - - t1min时煤时煤样样瓦斯瓦斯解解析析速度，速度，ml/gmin；； k- - - 解解析析速度速度随随时时间间的的衰衰减减系数系数；； - k 1 q q t t - k1- k 1 1 0 q Qq t dtt 1- k ∫在解在解析析时时间间为为t时时累累计计的的解解析析瓦斯量为瓦斯量为 钻孔钻孔见见煤煤止止煤煤样测定解吸样测定解吸这段这段时时间间t0，，损失损失的瓦斯量为的瓦斯量为 1 2 k 1 q Q t 1- k −式式中中 Q2- - - 煤煤样样瓦斯瓦斯损失损失量，量，ml/g；； t0- - - 煤煤样解吸样解吸前前的的暴露暴露时时间间，，min。。 当当K≥≥1时，时，无解无解，，只适只适用于用于K1的的情况情况。。 现场现场解吸解吸瓦斯量、残存量瓦斯量、残存量计计算算与与地地勘解吸计勘解吸计算算方法方法相相同同。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 4.井下煤层瓦斯含量测定方法井下煤层瓦斯含量测定方法钻屑解吸法钻屑解吸法B 中中国国矿矿业业大学的大学的俞启香教授俞启香教授提提出出了了一一种种新新的的钻钻屑屑解吸解吸 法法，，简简称称钻钻屑屑解吸法解吸法B。和。和钻钻屑屑解吸法解吸法A相相比比，，钻钻屑屑解解 吸法吸法B只只是是对对取取样样时的时的钻钻屑损失屑损失瓦斯量瓦斯量计计算作算作了改进了改进，，改改 进进后的后的方法方法适适应应于所有煤层，于所有煤层，无无论突论突出煤出煤还还是是非突非突出煤，出煤， 也无也无论论煤煤样样粒粒度。度。 ] 1[ 1 0 2 −− −kt e k r Q 损失损失量量计计算算公式公式 式式中中r0钻钻屑屑开开始始解吸解吸瓦斯时的瓦斯时的解吸解吸瓦斯速度瓦斯速度；； k常数常数；； t1煤煤样从样从脱脱离离煤体煤体至至开开始始解吸测定解吸测定所用时所用时间间。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 5.井下煤层瓦斯含量测定方法井下煤层瓦斯含量测定方法钻屑解吸法钻屑解吸法C 无无论论是钻是钻屑屑解吸法解吸法A或或B，，均均要要计计算算取取样样损失损失量、残存量量、残存量这这 些些测定在测定在需需要要在在专专门门的的实实验室验室完完成，成，因因此此测定测定周周期期长长。为。为 了了实实现现井下煤层瓦斯含量井下煤层瓦斯含量快快速速测定测定，，抚顺抚顺分分院院在在1993～～ 1995年期年期间间提提出出了了一一种种新新的的钻钻屑屑解吸法解吸法钻钻屑屑解吸法解吸法C，， 研研制了制了WP-1型型井下煤层瓦斯含量井下煤层瓦斯含量快快速速测定测定仪仪。。 1 XabV计计算算公式公式 式式中中X煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量，ml/g；； ab反映反映X与与V1间间牲牲常数，常数，不同不同煤层煤层值不同值不同；； V1煤煤样从样从脱脱离离煤体煤体至至开开始始解吸测定解吸测定所用时所用时间间。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 6. 煤层可解吸瓦斯含量测定煤层可解吸瓦斯含量测定 原理原理是根据是根据煤的瓦斯煤的瓦斯解吸解吸规律来补偿规律来补偿采采样过程样过程中中损失损失的瓦的瓦 斯量。煤的斯量。煤的可解吸可解吸瓦斯含量瓦斯含量等等于煤的原始含量于煤的原始含量与与0.1MPa瓦瓦 斯压力下煤的残存瓦斯含量之斯压力下煤的残存瓦斯含量之差差，它的，它的实际实际意义意义大大致代表致代表 煤煤在开在开采采过程过程中中在在井下井下可能可能泄泄出的瓦斯量。出的瓦斯量。 测定步聚测定步聚测定步聚测定步聚 1采采样样。。用用手持式手持式压压风风钻钻机垂机垂直直于于新鲜新鲜暴露暴露 煤煤壁面壁面打打直直径径约约42mm、、深深12～～15m的的钻孔钻孔，， 每每隔隔2m取两取两个个煤煤样样，，打打钻钻时时使使用中用中空空螺旋螺旋钻钻 ，，1-2mm粒粒度，度，记录记录取取样样时时间间t1。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 2瓦斯瓦斯解吸解吸量量测定测定。。测定测定经经过过相相同同时时间间t1的的 瓦斯瓦斯解吸解吸量量q1 3送送样过程样过程中瓦斯中瓦斯解吸解吸量。量。将将煤煤样从样样从样品品管管中中取取出出装入装入 容积为容积为0.5L或或1L的的塑塑料瓶料瓶，，同同时时测定测定并并记记下下测定测定地地点空气点空气 中的瓦斯浓度中的瓦斯浓度C0；样；样品品送送到试到试验室验室后后开开瓶瓶前前再再一一次次测定测定瓶瓶 中的瓦斯浓度中的瓦斯浓度C。。 4煤煤样样粉碎粉碎过程过程和和粉碎粉碎后后解吸解吸的瓦斯量。的瓦斯量。打打开开煤煤样样瓶瓶称煤称煤样样重重 量，量，并迅并迅速放速放入密封粉碎罐入密封粉碎罐中中磨磨20～～30min，，同同时时收集收集粉碎粉碎过程过程中中泄泄 出的瓦斯，出的瓦斯，直直至至无气无气泡泡泄泄出为出为止止，，记录泄记录泄出瓦斯体积出瓦斯体积Q3。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 5可解吸可解吸瓦斯量瓦斯量计计算。算。 ①① 从从煤体煤体钻钻取取煤煤样到样到煤煤样样装入装入塑塑料瓶料瓶这段这段 时时间间煤煤样样所所泄泄出的瓦斯量出的瓦斯量Q1。它。它包括包括煤煤 样样暴露暴露时时间间为为t1时的时的损失损失瓦斯量和时瓦斯量和时间间 从从t1到到2t1实测实测的的解吸解吸量量q。。 ②② 煤煤样在样在塑塑料瓶料瓶中中在在运运送期送期间间 泄泄出的瓦斯量出的瓦斯量Q2 1111 11 1 2 2 3.4 Qkttkt qktkt Qq − 0 2 0 1 100100 ml; CCC QV V C C −   − − − 塑料瓶体积， 采样地点井下空气中瓦斯浓度，； 塑料瓶中空气中的瓦斯浓度，； ③③ 煤煤样样粉碎粉碎过程过程中和中和粉碎粉碎后后释释放的瓦斯量放的瓦斯量Q3 直接测定直接测定得得出出 123 ad 1 1 1.1 - -ml/g m- -g A - - ad QQQ X mA X    −  纯煤的可解吸瓦斯量，； 煤样重量， ； 煤灰份校正系数，1.1。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.2.3 4.2.3 煤层瓦斯含量间接测定方法煤层瓦斯含量间接测定方法 1.1.根据瓦斯压力和煤吸附等温曲线确定瓦斯含量根据瓦斯压力和煤吸附等温曲线确定瓦斯含量 k Kp e Mbp abp X ttn ad s 10 31. 01 1 1 − 式式中中X纯纯煤（煤中煤（煤中可可燃燃质）的瓦斯含量，质）的瓦斯含量，m3/t；； p煤层瓦斯压力，煤层瓦斯压力，MPa；； a吸附吸附常数，常数，试试验验温温度下煤的度下煤的极限吸附极限吸附量，量，m3/t；； b吸附吸附常数，常数，MPa-1；； ts试试验室验室作作吸附试吸附试验验的的温温度，℃度，℃；； t井下煤体井下煤体温温度，℃度，℃；； Mad煤中煤中水水分含量，分含量，；； n系数，系数，按按下下式确式确定定 K----煤的煤的孔隙孔隙容积，容积，m3/t；； k----甲烷甲烷压压缩缩系数。系数。 0.02 0.9930.07 n p 可燃质可燃质可燃质可燃质 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 甲烷甲烷压压缩缩系数系数k 1.20 1.18 1.16 1.14 1.12 1.11 1.10 1.09 1.16 1.14 1.12 1.10 1.08 1.06 1.05 1.04 1.12 1.10 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 1.08 1.06 1.04 1.02 1.00 0.98 0.95 0.93 1.04 1.02 1.00 0.97 0.95 0.93 0.90 0.88 1.00 0.97 0.95 0.92 0.90 0.87 0.85 0.83 0.1 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 50403020100 温温度度℃℃压 力压 力 Mpa 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 原煤瓦斯含量原煤瓦斯含量 100 100 0 adad MA XX −− 式式中中X0原煤瓦斯含量，原煤瓦斯含量，m3/t；； Aad煤中煤中灰灰份份含量，含量，；； Mad煤中煤中水水分含量，分含量，。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 2 2 2 2. . 含量系数法含量系数法 中国矿业大学周世宁提出中国矿业大学周世宁提出 Xpα 式式中中X煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量，m3/t；； p煤层瓦斯压力，煤层瓦斯压力，MPa；； αα煤的瓦斯含量系数，煤的瓦斯含量系数， 2 1 33 /MPamm 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 测定步聚测定步聚测定步聚测定步聚 1在在掘掘进进巷道巷道的的新鲜新鲜暴露暴露煤煤面面，用煤，用煤电电钻钻打打眼眼采煤采煤样样，煤，煤样样粒粒 度为度为0.1～～0.2mm，重量为，重量为60～～75g，，装入密封罐装入密封罐。。 2用井下用井下钻孔自钻孔自然然涌出的瓦斯作为瓦斯涌出的瓦斯作为瓦斯源源，用，用特特制制的的高高压压打打气气 筒筒，，将将钻孔钻孔涌出的瓦斯涌出的瓦斯打入密封罐打入密封罐内内。为。为了了排排除除气气筒筒和和罐罐内内残存残存 的的空气空气，，应先应先用瓦斯用瓦斯清洗清洗气气筒筒和煤和煤样样罐罐数数次次，，然然后后向向煤煤样正样正式式注注 入入瓦斯。瓦斯。特特制打制打气气筒筒打打气气最最高高压力压力达达2.5MPa时，时，即即可可满足满足测定测定含含 量系数的量系数的要求要求。。 3煤煤样样罐罐充气充气达达2.0MPa以以上上时，时，即即关关闭闭罐罐的的阀阀门门，，然然后后送入送入试试 验室验室在简在简易易测定测定装装置置上测定上测定调调至不同至不同平衡瓦斯压力下煤平衡瓦斯压力下煤样样所所解吸解吸 出的瓦斯量。出的瓦斯量。最最后后按按式式求求出平出平均均的煤的瓦斯含量系数的煤的瓦斯含量系数αα值值。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 3 3 3 3. .根据煤残存瓦斯量推算煤层瓦斯含量根据煤残存瓦斯量推算煤层瓦斯含量 波兰提出 0 1.33 c XX 在正在正常作常作业业的的掘掘进进工作工作面面，，在在煤煤壁暴露壁暴露30min后，后，从从煤层煤层顶顶部和部和底底 部部各各取取一一个个煤煤样样，，装入密封罐装入密封罐，，送入送入试试验室验室测定测定煤的残存瓦斯含量。煤的残存瓦斯含量。 如如工作工作面面煤煤壁暴露壁暴露时时间间已已超超过过30min，，则则采采样样时时应应把把工作工作面面煤煤壁壁清清除除 0.2～～0.3m深深，，再再采煤采煤样样。。 1当当实测实测煤的残存量小于煤的残存量小于3m3/t。。 2当当实测实测煤的残存量大于煤的残存量大于3m3/t。。 0 2.052.17 c XX− X0纯纯煤原始瓦斯含量，煤原始瓦斯含量，m3/t；； Xc实测实测煤的残存瓦斯含量，煤的残存瓦斯含量，m3/t。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.3 4.3 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定 瓦斯压力瓦斯压力煤层中瓦斯所煤层中瓦斯所具具有的有的气气体压力体压力游游离离瓦斯瓦斯，，p，单，单 位位MPa或或kgf/cm2。。 测定方法测定方法测定方法测定方法 1.直接测定法直接测定法 被被动动测测压压法法 主主动动测测压压法法 上上行行孔孔 下下行行孔孔 平平行行孔孔 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 几种封孔示意图几种封孔示意图几种封孔示意图几种封孔示意图 几种封孔方法几种封孔方法几种封孔方法几种封孔方法 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 2.间接测定法间接测定法朗格缪尔朗格缪尔方程方程 1根据根据瓦斯压力和煤的瓦斯压力和煤的等等温温吸附吸附曲线曲线确确定定瓦斯含量瓦斯含量 110 11 0.31 s n tt ad abpKp Xe bpMk − ⋅⋅ l 间接测定法间接测定法煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力误误差差大，大，但但井下井下操操作作简简 单，单，测定测定时时间间短短。。 l 直接测直接测压煤层瓦斯压力压煤层瓦斯压力误误差差小，井下小，井下封封孔孔困难困难，， 测定测定周周期期长长。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 （（2）含量系数）含量系数法法 计计算算公式公式 含量系数含量系数测定测定步骤步骤 1采采样样（（0.1～～0.2mm，，60～～75g））；； 2煤煤样吸附样吸附平衡平衡；；3测定测定不同不同平衡瓦斯压力下煤平衡瓦斯压力下煤样解吸样解吸瓦瓦 斯量斯量；；4计计算煤的瓦斯含量系数算煤的瓦斯含量系数αα 优优点点简简便便，，适适应应于瓦斯于瓦斯流流动动计计算用瓦斯含量和压力算用瓦斯含量和压力估估算算 缺缺点点粗糙粗糙、、近似近似 pXα 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 （（3））根据根据煤的残存瓦斯含量煤的残存瓦斯含量推推算煤层瓦斯含量算煤层瓦斯含量 q 技术技术关关键键 在在掘掘进进工作工作面面煤煤壁暴露壁暴露30min后，后，从从煤层煤层顶顶部和部和底底部部各各 取取一一个个煤煤样样，，装入密封罐装入密封罐，，送送试试验室验室测测煤的残存瓦斯煤的残存瓦斯 含量含量；；如如暴露暴露时时间间已已超超过过30min，，需需清清除除煤煤壁壁0.2～～ 0.3m深深，，再再采煤采煤样样。。 q 计计算算公式公式 当当实测实测残存瓦斯含量残存瓦斯含量≤≤3m3/tf X0＝＝1.33Xc 当当实测实测残存瓦斯含量残存瓦斯含量＞＞3m3/tf X0＝＝2.05 Xc-2.17 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.4 4.4 瓦斯放散初速度测定瓦斯放散初速度测定 测定步聚测定步聚测定步聚测定步聚 1采采样样新鲜新鲜煤煤壁壁250g，，无烟无烟 煤煤2-3mm，其它煤，其它煤种种0.25- 0.5mm，，3.5g各各二二个个，，装入装入。。 2煤煤样样脱脱气气真真空抽空抽1.5h。。 3煤煤样充气样充气1标准大标准大气气压下压下 ，，充充CH4 1.5h。。 4测定测定瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度 △p测定测定装装置置 1－玻璃杯－玻璃杯；；2－水银－水银压力压力计；计；3－－标标尺尺；；4、、5－－管口管口；；6－玻璃－玻璃 球球形腔形腔；；7－玻璃－玻璃管管；；8－玻璃塞－玻璃塞9－－套套管管；；10－－开关开关 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 5开开动动真真空空泵泵对对仪器管仪器管道死道死空间空间进行脱进行脱气气，，使使U型型管管泵泵真真空计空计 两两端泵端泵面面相平。相平。 6停停止真止真空空泵泵，，关关闭闭仪器仪器死死空间空间通通往往真真空空泵泵的的阀阀门门，，打打开试样开试样 瓶瓶的的阀阀门门，，使使煤煤样与样与仪器仪器被被抽空抽空的的死死空间空间相相连并连并同同时时启启动动秒秒 表计表计时，时，10s时时关关闭阀闭阀门门，，读读出出汞柱汞柱计计两两端汞柱端汞柱差差P1mm，， 45s时时再打再打开开阀阀门门，，60s时时关关闭阀闭阀门门，，再再一一次次读读出出汞柱汞柱计计两两端端 汞柱汞柱差差P2mm。。 7瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度△△PP2-P1，，同同一煤一煤样样的的两两个试样测个试样测出的出的△△P 值值之之差差不不应应大于大于1，，否否则则需需要要重重新新测定测定。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.5 4.5 煤的坚固性系数煤的坚固性系数f f值测定值测定 1 在在煤层煤层厚厚度的度的上上、下部、下部各各采采集集直直径径为为100mm煤煤两两块块，重量，重量约约1.5 ～～2.0kg，用，用塑塑料料袋袋密封密封，作，作好好标标记记送送实实验室验室。。 2 将将井下煤井下煤样样用用手手工工破破碎碎成成20～～30mm粒粒度的煤度的煤样样，分成，分成50g一一份份，， 每每5份份为一为一组组250g，，共共需需3组组750g。。 3 将将每份每份煤煤样样放放入入捣捣碎碎筒筒内内后，后，把把2.4kg的重的重锤锤提提高到高到600mm高高度度 并并使使之之自自由由落落体，体，每份每份煤煤样样落锤冲击落锤冲击3次次。。 4 每每组组煤煤样样捣捣碎碎后，后，经经过过筛筛分，分，把粒把粒度为度为0.5mm以以下的下的粉粉煤煤倒倒入入计计 量量筒筒内内，，轻轻敲轻轻敲打打使使之之密密实实，，插插入入具具有有刻刻度的度的活活塞尺塞尺，量出，量出粉粉煤煤 高高度度即粉即粉末末在计在计量量桶桶内内的的实际高实际高度，度，读读至至毫米毫米。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 ￠￠76 600 90 ￠￠66 20 ￠￠23 160 175 f 值值测测筒筒及及落锤落锤 当当时，时，冲击冲击次次数数n，，即即为为3次次，，按按以以 上上步骤步骤继续继续进行进行其它其它各各组组测定；测定； 当当时，时，第第一一组组试样试样做做废废，，每份试样每份试样 冲击冲击次次数数n改改为为5次次，，按按以以上上步骤进行步骤进行冲击冲击、、筛筛分分 和和测测量，量，仍仍以以5份份作为一作为一组组，，测定测定煤煤粉粉高高度。度。 ⑤⑤ 按按下下式式计计算算每每组组煤的坚固性系数煤的坚固性系数f值值 30lmm 30lmm 20 /fn l 式式中中f为煤的坚固性系数为煤的坚固性系数；； n每份试样每份试样的的冲击冲击次次数，数，次次；； l每每组组试样试样筛筛下下粉粉煤煤计计量量高高度，度，m；； ⑥⑥ 3组组煤所煤所测测f值值的算的算术术平平均均值即值即为为测定测定地地点点煤煤 样样的坚固性系数。的坚固性系数。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 q4.6 4.6 煤层透气性系数测定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，其物理意义是在，其物理意义是在1米长的煤体上，当压力平方差米长的煤体上，当压力平方差 为为1 Mpa2时，通过时，通过1m2煤层断面，每日流过的瓦斯立方米数。煤层断面，每日流过的瓦斯立方米数。 1m2/Mpa2.d相当于相当于0.025mD毫达西毫达西。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 K K计算公式计算公式计算公式计算公式 径向稳定流径向稳定流径向稳定流径向稳定流 22 12 0.2 PaQL FP - P K 式中式中K-----煤样的透气性系数，煤样的透气性系数，D达西达西；； μμ----在试验温度条件下，瓦斯的绝对粘度，在试验温度条件下，瓦斯的绝对粘度，10-3PaS；； P1、、P2----煤样瓦斯入口和出口端的瓦斯压力，煤样瓦斯入口和出口端的瓦斯压力，Mpa；； Pa-------大气压力，大气压力，0.1Mp；； Q--------瓦斯流量，瓦斯流量，cm3/s；； L--------煤样长度，煤样长度，cm；； F--------煤样断面煤样断面积积，，cm2；； 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 测定方法测定方法测定方法测定方法 1打打钻测定钻测定煤层瓦斯压力。煤层瓦斯压力。 2卸卸压压测定钻孔测定钻孔瓦斯瓦斯流流量。量。 3测定测定煤层瓦斯含量系数。煤层瓦斯含量系数。 4煤层煤层透透气气性系数性系数计计算算方法方法径径向向非非稳稳定定流流 中中国国矿矿业业大学大学在实在实验室验室用相用相似似模拟模拟试试验验方法方法进行进行试试 验验，，并并以以相相似似准数准数表表达达了了试试验验的的结果结果。。 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 径向不稳定流计算公式径向不稳定流计算公式径向不稳定流计算公式径向不稳定流计算公式 0 1.5 01 222 011 A Y F B 4 pqr A, B p - par λ λ F010- 2～～1， λ， λA1.61B0.61 F01～～10， λ， λA1.39B0.39 F010～～102λλ1.1A1.25B0.25 F0102～～103， λ， λ1.83A1..14B0.137 F0103～～105， λ， λ2.1A1.11B0.0.111 F0105～～107， λ， λ3.14A1.07B0.07 P0--煤层煤层原始原始绝对瓦斯压力绝对瓦斯压力表压力表压力加加0.1，，Mpa P1--钻钻孔中的瓦斯压力，一孔中的瓦斯压力，一般般为为0.1Mpa；； λλ--煤层的透气性系数，煤层的透气性系数，m2/Mpa2.d；； r1--钻钻孔孔半径半径，，m；； q---在在排放排放时时间间为为t时，时，钻钻孔煤孔煤壁壁单位面单位面积积的瓦斯的瓦斯 流量，流量，m3/m2d；； 1 Q q 2 rLπ X--煤的瓦斯含量，煤的瓦斯含量，m3/m3；； P--确确定定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，煤瓦斯含量时的瓦斯压力，Mpa；； Q--时时间间t时时测测出的出的钻孔钻孔流流量，量，m3/t；； L--钻孔钻孔见见煤煤长长度，一度，一般般为煤层为煤层厚厚度，度，m；； t--从钻孔从钻孔卸卸压压到测定钻孔到测定钻孔瓦斯瓦斯流流量时量时间间，，d；； a--煤层瓦斯含量系数，煤层瓦斯含量系数， 3 1 3 2 m m Mpa⋅ aX/ p 4 瓦斯参数测试方法瓦斯参数测试方法 注意事项注意事项注意事项注意事项 1 打打测测压压钻孔钻孔时时要要注注意意有有无无喷喷孔孔，，如如有有喷