井下解吸法实测煤层原始瓦斯含量过程中采样损失量计算方法浅析.pdf

一 煤 矿 安 全（T o a l 42 3 ） 8 4 井下 解 吸法实测 煤层 原 始 瓦斯 含 量 过程 中 采样 损 失量 计 算 方 法浅 析 陈建 伟‘ ， 张 瑞 休’ ， 柴磊‘ （1 河南理工大学 安全科学与 工程 学院， 焦作 河 南 巧驹仍 Z 河 南埋。大学 能源科 学与工程 学院， 焦作 河南 尽 5尽 ＊3） 摘要；鉴 于 通 过 井 下 解 吸 法 直 接 测 试 煤 层 原 始 瓦 斯 合 量 过 程 中 确 定 采 样 期 间 瓦 斯 逸散 损 失 量 的 重 要 性 ， 应 用 井 下 解 吸 实测 数 据， 分 折 讣法 中 煤 样 暴 露 时 间 和 时 间 段 长 度 叶 损 失 量 计 算 结 果 的 影 响；对 比验 证 了 爬和 负 指 数 函 数 法 对 损 失 量 计 算 结 果 的 影 响 ， 最 终 认 为 负 指 数 函 数 法 更 加 符 合 构 造 煤 初 始 阶段 瓦 斯 解 吸 规 律，采 用 该 方 法 计 算 煤 样 瓦 斯 损 失 量 比 校 可 靠。 夫 键 词 瓦 斯 合 量 懈吸； 采 样 损 失 量 似； 则 s数 函 数 法 中 目 分 类 号 T D 7 12 ” ． 3文 献 标 炽 码 B文 章 编 号 10 0 3－496 X （2 0 10 ） 0 1 － 0 0 8 4－0 3 实践 证明， 井下解 吸法 是～种 比较 简单、 实 用 的 煤层 原始 瓦斯含 量 直 接测 定 方法， 因 此 长期 以 来 一 直 被广 泛应 用于 科研和 生产活动 中。 由于煤样 在揭 露 的初 始 阶段瓦 斯解 吸速 率 很快， 而通 过 施 工 钻孔 从 原始 煤 体 中 采集 出 新鲜 煤 样 又 需 要 经 历 一 段 时 问， 即采集 的煤样 在装 入煤 样 罐封 闭 之 前 将会 有 一 a ， b 待定 常数 ， 它可 以根 据装 罐煤样 在解 吸 初期 的解 吸 瓦 斯量 与时 问 平方 根 大致呈 直线 关系 的各测 定坐 标， 用 最 小 二乘 法求 出； o f －－u 罐前煤 样 暴露 解吸瓦 斯时 间， m h； t r －－t h 罐 后煤 样解 吸 瓦斯时 问， m i n 。 1． 2负 指数 函数 法 段 时问 暴露 在大 气 中， 而这 段 时 问通 常 是 瓦斯 的快 速 解吸 阶段， 会有 相 当 量的 瓦斯逸 散到 大 气 中难 以 收隼。 所 以， 有 效 地 确 定 这 部 分 逸 散 瓦 斯 量卿采 样损 失 瓦斯量） 对 于 准确 地 获取 目标煤 层 原始 瓦斯 含 量至关 重要 。 负指数 函数 法是 我 国科研 人员 在采 集钻孔煤 屑 测 试煤 层瓦 斯含 量 时常 用 的计 算 损 失 量 的方 法， 该 方法认 为钻 孔煤屑 解 吸瓦 斯速 率与 解吸 时间之间 为 负 值数 函数夫静 ” 。 即． ，＝ 、x e “以） 式 中P ⋯一解 吸时问 为 t ；时 的瓦斯 解 吸速率， m L／ l当前瓦 斯含 且测 试 过程 中 采样 损 失且 的 计 算 方 法分 析 s ； r o 解 吸 时 间 开 始 （t二0 ）时 刻 煤 的 瓦 斯 解 吸 速 率 ， m t r s ； 【一 一一常数 。 从 、 到 t i时 问 间 隔 内损 失 瓦 斯 量 为 o二 I 。 d j。翠切 1 － 1） （ 3 ‘ ’ 0 一 k”－ ”” 一 ’ 目前 计算采集 煤 样期 间的瓦 斯损矢 量 的方法 有 入法、 幂 函数法、 负指数 函数 法” ’ ， 其 中f法 和 负指 数 函数 法是 最常用 的计 算方 法。 1． I M 万法是半 经 验 计 算 方 法， 它 是根 据 煤样 在 解 吸 瓦斯 量初 期， 解 吸 瓦斯 量 匕 与 人 下 隍直 线 关 系 而求 出 瓦斯损 失量 ， 即 2善 于J 法 计算 不 同 结 构 类 型 煤 样 瓦 斯 解 叹 值 的 结果分 折 V 二 a＋ b P’－－－－－（l ） 式 中W －－煤样 自暴 露 开始 时起 一定 时 间 段 内 瓦 斯 解吸量 ． m L ZI谋 样 暴 露 时 间 与 瓦斯 解吸 量 的 关 系 为了探讨 煤样 暴 露 时 问与f法 计 算 的相 应 瓦斯 解 吸量 之间 的数 值关 系， 特选 定 两种 不 同结 构 类 型 煤样， 即构造 煤和 原 生结构 煤， 通 过 现场实 测数据 进 行对 比分析， 得 到不 同 结 构 类 型煤 样 暴 露初 期 暴 露 墓金项 日 河南省 杰出青 年科学 基主资助 项 目 （0 7 4l f o r l d i t o 3） ； 河 南理工 大 学博 士资金资助项 回 一 煤 矿 安 全（2 0 1 。。 l ） 8 5 相 同的暴 露时 间段 内由 于采用 不 同解 吸时问 段计算 通 过表 2 可 知， 两组 煤样 现 场 瓦斯 解 吸数 据在 一 煤 矿 安 全（T n d 42 3 ） 8 6 瓦斯损 失 量， 造 成 它 们 之 间 的 最 大 差 值 分 别 达 到 52 2 5 m L 和2 33 ． 0 7 m L 。 同 时， 在计 算 瓦 斯损 失 量 时， 采用 的时 间段 越 长 计算 的 瓦斯 损 失 量越 小。 这 是 由于忑法中斜 率 随着 时 间延 长 而 变小 造 成 的。 实 践 证明， 煤 样在 暴露初 始 阶段 比较符 合 法 中 的线 性 关 系， 但是 随着 时 间的 延 长并 不 是总 能保 持 这 种 线 性关系介 ” ‘ 。 因此， 一 些 国 家 不仅 规定 了煤 样 暴 问段 内的 瓦斯 解 吸速 率是 一 个 逐 渐 减 小 的 变 化过 程， 比较符 合 实 验 室 模 拟 构 造 煤 的 瓦 斯 解 吸过 程； 法计算损 失 量时间段 内的 瓦斯解吸 变 化曲线 明显 不 符合 实验室模 拟 构 造煤 的 瓦斯 解 吸 过 程。 因 此， 通 过 实测 数据验 证， 对 于 瓦斯 解 吸 初期 速率 较 快 的 构 造 煤煤 样， 采 用负指 数 函数 怯 计 算煤 样损 失 量 比 采 用 法 计算煤样 损失 量 的结果 更符 合实 际情 况。 露 时问， 同时也 规定 了煤 样 从 钻 孔钻 取 到 井 下 测 定 结束 的时 间。 例如 英 国科 研人员 要 求煤样 从钻 孔钻 取到井 下测 定结束 时问 限制在 3 － 4 m i n 。 根据 井下 实 测数 据， 我们 可 以推 断 不 同结 构 类 型 煤 样所 采 用 的解吸 时问 段计算 瓦 斯损 失 量 不 同， 对 于 瓦 斯解 吸 速 率快 的煤样， 在计 算损 失 量 时 采 用 的 解 吸时 问 段 应该 短一 些； 反 之， 对 于 瓦斯 解 吸 速 率慢 的 煤 样， 在 计算 损失量 时解 吸 时间段 可以适 当取 长一 些。 结论 4 （l ） 运刷 触 计 算煤 样 瓦斯 损失 量 时， 在煤 样 暴 露时 间越短情 况 下， 瓦 斯损 失量计 算 的结果 越 符 合 实际情 况。 尤其 对构 造煤 煤 样 来 说， 煤 样暴 露时 间 的长短 对其 瓦斯含量 恻定 结 果 育 比 较 大 的影响。 门） 根据 现 场 实 测 瓦斯 解 吸 数据 表 明， 在 计 算 瓦斯损失 量时， 所用 实 测数 据 的 现 场解 吸时 问 并 不 是 时间 越长越 好。 而是 需要 根据 不 同结构 类型煤样 暴 露初始 阶段 瓦斯 的解 吸速 率分 析确定 所采 用的 时 间 段长 度， 计算 瓦斯 损失 量。 3基于负 诣 数 函数 法 与厂法计 算 瓦斯 损 夫且 结 果 的对 比分 析 （3）根 据 对 井 下 实 测 瓦 斯 解 吸 数 据 的分 析验 证， 压法并 不～ 定符 合 某 些 构 造 煤 煤样 暴 露 初始 阶 段 的瓦斯解 吸规 律。 采 用 负 指数 函数法 计算 的构造 煤煤样 的瓦斯 损失 量值 与 现场 实测数 据 和实验 室模 拟构造煤 解 吸过 程 的情况更 加 吻合。 根 据卖 测瓦斯 瓦斯 解 吸数 据 分 析， 构 造 煤 煤 样 初 始 阶段 的 瓦斯解 吸 规律 不一 定符 合f法 中的线 性 关 系。 于卿 雁 计 算 得到 鹤 壁 四 矿 －450 m 火 药 库 处 煤样 （构 造 煤） 在 暴露 18 5 S 时 间 内 的瓦斯 损 失 量 为 14 7 2 m L 。 但 是在 接下 来 的时间 段 内瓦 斯解 吸 速 度明显 比瓦斯 逸散损 失量 时间段 内 瓦斯解 吸速 度显 著增 大 （ 如 图 回 ） ， 根 据 实 验 室大 量 模 拟 构 造 煤解 吸 过程 数据 分析［ ’ J ， 这 个 时问 段 内 煤样 的 瓦斯 解 吸 速 率 应 该 是一 个逐 渐减小 的渐 变过 程， 而不 会 表 现为 突然增 大 的 跃 变 形 特 征。 因 此， j法 并 不 是 适 用 于 所 有结 构类 型煤样 的瓦斯解 吸规 律。 乡 考文献 〔 l ）陈大力， 陈洋 对我 国煤 层瓦 斯含 量测定 方法 的怦 述 门） 惶矿安全， Zb o s （ 12 ） 7 9 －凹 （Zj 俞 启香 矿 井 瓦斯 防 治卜 ） 中 国矿 业大 学 出版 杜， 1992 门王耀战对于 采用 孔口取样方 式进行瓦 斯含量测定 时 煤钻屑暴露时 间的 探付 （川煤 矿安 全， 2 0 0 5 ， 36 （3） 39 硼 采用负 指 数函数法 公式（ ） 、 （ ） 计 算 同 一组 数 据在 相 同时 间 段 内 的煤 样 （ 构 造 煤）瓦 斯 损 失 量 为 98 8 5 I h L 。 以 上 两 种方 法计 算 的 构 造 煤 煤 样 解 吸 初期 一定 时 间段 内的 瓦斯 解 吸速 率 变化 曲 线 图 （ 如 图 1） 。 〔 叼唐本泉直接法测定煤 层瓦斯含 量时其逸 散瓦斯量补 偿 浅谈阴煤 矿安全， 1995（ ］ ） ； 乃 － 2 8 归）杨昌光， 岑发 现， 贾翠芝 用 风力 排渣采样 方法测定 煤 层瓦斯含量 （川 煤矿安全， 2 0 0 0 ， 2 （2 ） 15－17 卜）丁石滚， 杨 昌光， 贾翠芝 用解 析法测定煤 层瓦斯 含量 时应注意的 一些 问题 （ J） 焦作 矿业 学院学 报， 1994 ； 13 （6） 94 － 98 门）陈向军强烈破坏煤瓦斯解吸规律 研究 （ 冈焦作 河 南理工大学， Zt o s 负指数 函数法 叁 〕 伦 图 1下同计算方法下构 造煤煤样瓦斯解吸速卒变化 曲线 从 日 1 可 以 看 出，负 指 数 函 数 法汁 算 损 失 量 时 （ 收 稿 日期 Zo p－0 5 －31 ； 责 任 编 辑王 福 犀）