煤层瓦斯含量测定步骤与计算方法.pdf

煤层瓦斯含量测定 步骤与计算方法 贵州省矿山安全科学研究院 二○○八年八月 LQS 煤层瓦斯含量测定贵州省矿山安全科学研究院 第 1 页 煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量测定 煤层瓦斯含量测定可分间接测定法和直接测定法两种，间接测定法主要是 测定煤层的其他瓦斯参数， 通过瓦斯含量与诸参数的关系计算出煤层瓦斯含量。 直接测定法则是通过钻孔采取煤样，用解吸法测定煤样的实际瓦斯含量来确定 煤层的瓦斯含量。解吸法主要用于在勘探钻孔中采取煤芯测定煤层瓦斯含量及 瓦斯成分。中华人民共和国煤炭工业部 1994 年制定了部颁标准（MT/T77- 1994 59） （现被 2007 年国家安全生产监督管理总局颁布的地勘时期煤层瓦斯含量 测定方法 AQ1046- 2007所取代） ，近几年来，不少地方将此方法引用到井下， 通过垂直煤层的岩石钻孔采取煤芯，测定煤层瓦斯成份。 一一、、采取煤样及瓦斯解吸速度测定采取煤样及瓦斯解吸速度测定 1、遇煤前应通知采样人员到达采样现场，做好采样前的准备工作； 2、 钻孔遇煤后， 可采用普通岩芯管采取煤芯， 但煤芯直径不应小于 50mm。 3、当钻煤完了，煤芯提到孔口时，尽快地从煤芯管中取出煤芯，采取中间 完整部分，装入罐中密封。这段时间应控制在 2min 之内。煤芯中如混合有夹矸 及杂物时应与剔除。煤样不得用水清洗，保存原状装罐，不可压实。煤样距罐 口留 10mm 的间隙为宜，煤样约 400g 左右。 4、将煤样罐与 HFJ5 型解吸仪连接（见图 1）进行现场解吸，其步骤为 将仪器倒立，拧开灌水口塞子，用手指堵住出水口和进气口，将仪器内部量筒 内装满水至螺纹以上，排出筒内气泡后拧紧塞子，将仪器正立，松开手指，然 后将仪器放置于平台上或悬挂起来，将针头插入煤样罐，再将胶管与进气口相 连，即开始解析测量。此时气体进入量管内后，水通过排水口排出。一般在现 场解吸进行两个小时。开始观测头一个小时内，第一点间隔 2min，以后每隔 35min 读数一次；第二个小时内，每隔 1020min 读数一次。 5、如果解吸过程中，量管体积不足以容纳煤样的解吸瓦斯，可用夹子夹住 胶管，拔下，将备用的清水灌入，方法同 4。然后插上胶管松开夹子即可继续 测定。 6、现场解吸完成后，拔出针头，将取样罐拧紧，泡在水中检查是否有漏气 现象，若有渗漏应及时处理。然后送到实验室进行再次解吸和脱气。 7、在上述采样和解吸过程中除要记录采样时间、采样地点、采样深度外， 还要务必记清钻孔遇煤时间，钻进时间，起钻时间，钻具提到孔口时间，煤样 LQS 煤层瓦斯含量测定贵州省矿山安全科学研究院 第 2 页 装罐时间，开始解吸测定时间，以及解吸测定时的气温，水温和大气压力。 二二、、计算采样过程中的损失瓦斯量计算采样过程中的损失瓦斯量 1.解吸时间的确定解吸时间的确定 在地面钻孔取样时，煤芯在提升过程中，当瓦斯压力超过孔内泥浆静水压 力时，瓦斯便开始向外释放。因为煤层瓦斯压力是个未知数，所以不能精确判 定瓦斯开始释放的时间。 美国的方法是假定煤芯提到钻孔一半处开始释放瓦斯， 根据这个假定得出的测定结果，经过与间接方法对比，两种方法得到的结果是 接近的，证明这样的假定是可以在工业上应用的，我国在地勘过程中取样目前 仍沿用这个假定。 煤样装罐前解吸瓦斯时间时煤样在钻孔内解吸时间 t1与其在地面空气中解 吸时间 t2之和，即 t0＝t1＋ t2（11） 式中 t1通过地面钻孔采样时，取整个提钻时间的二分之一； 通过井下岩巷采样时，取煤样从揭露至提升到孔口时间（min） ； t2煤样提到孔口至装罐密封时间（min） 。 煤样总的解吸瓦斯时间 T0是装罐前的解吸时间 t0与装罐后解吸瓦斯时间 t 之和，即 底座 排水口 吊环 软管 煤样罐 针头 量筒 刻度 图 1瓦斯解析仪及煤样密封罐 LQS 煤层瓦斯含量测定贵州省矿山安全科学研究院 第 3 页 T0＝t0＋ t（12） 2.瓦斯损失量计算瓦斯损失量计算 计算之前要首先将瓦斯解吸观测中得出的每次量管读数按（1 4）式换算 为标准条件下的体积，瓦斯损失量可用图解法或数学解析法求得。 图解法是以煤总解吸时间的平方根tt  0 为横坐标，以瓦斯解吸量（V0） 为纵坐标，将全部测点[V0，tt  0 ]绘制在坐标纸上，将测点的直线关系延长 与纵坐标轴相交，直线在纵坐标上的截距即为所求的瓦斯损失量。见图 2。 解吸法是根据煤样在解吸瓦斯初期，解吸瓦斯量 V0与 T＝tt  0 呈现直线 关系而求出瓦斯损失量的，即 V0＝ａ＋ｂtt  0 ＝ａ＋ｂT（13） 式中 ａ，ｂ为特定常数。当 t＝0 时，V０＝ａ，ａ为直线与纵坐标的截距， 也就是所要求算的损失瓦斯量。 求算ａ，ｂ时，可采用平均值法，即将大致呈直线关系的各测点。 对应值 （V０，T）代入上式中，这样可以得出几个方程，然后把这些方程分成两组， 每一组对应项相加，合并后得到两个方程，这两个方程联立求解可得出ａ，ｂ 值。 LQS 煤层瓦斯含量测定贵州省矿山安全科学研究院 第 4 页 ａ，ｂ值也可以采用最小乘二法进行求得。 三三、、残余瓦斯含量测定残余瓦斯含量测定 煤样送到实验室之后，要经过两个步骤来测定煤样的残余瓦斯含量。即打 开密封罐之前进行的真空加热脱气，及煤样粉碎后的真空加热脱气，加热温度 为 95℃。煤样脱气是利用 FH4 型脱气仪进行的。见图 3。 仪器包括两大部分脱气部分和储气部分，储气瓶的有效容积 2120 毫升， 足以满足本试验一般脱气的需要。 1、第一阶段脱气一般需要 56 小时，脱气完了要计量，并为 hmm条件 下量筒内气体体积读数ml； B大气压力（mmHg） ； Lw量管内水温（℃） ； Hw量管内液面距下部基准水面的高度 （mm） ； W在 t 下饱和水蒸气压力 （mmHg） ； 2、两次脱气中抽出的气体换算为标准条件下的体积。 V′0 2 .273760 2 .273 n t B－ 8 0 t －W′V′14 式中V0换算为标准条件下气体体积（ml） ； V′在室温 tn′大气压力 B 条件下储气瓶内气体体积读数 ml； t0气压表的温度（℃） ； LQS 煤层瓦斯含量测定贵州省矿山安全科学研究院 第 5 页 W′在室温下量管内饱和食盐水的饱和蒸汽压力（mmHg） 。 3、通过气体分析，已知混合瓦斯中某种气体组分的体积百分浓度之后，按 下式计算体积 VX＝ 100 0 x AV  15 式中VX换算为标准状态下混合瓦斯中某种组分的体积ml; Ax混合瓦斯中某种组分的浓度（） ； 4、煤中可燃物质重量近似计算 GrG 100 100 ff WA  16 式中Gr煤样中可燃物质重量（g） ； G煤样重量（g） ； Af、Wf煤中灰、水分含量 （） 。 5、煤的瓦斯含量计算 首先按下式分别计算试验各阶段（现场解吸瓦斯含量，损失瓦斯量，粉碎 前脱气量，粉碎后脱气量）的瓦斯含量。 Xｉ＝ r i G V 17 式中Xｉ、Vｉ分别为某种气体组分的含量ml/g和体积ml，然后将 17式计算所得各段的瓦斯含量相加，即得总的瓦斯含量x XX1X2X3X418 式中X1、X2、X3、X4为某种气体成份各试验阶段（现场解吸瓦斯含量， 损失瓦斯量，粉碎前脱气量，粉碎后脱气量）的瓦斯含量（ml/g.r 或 m3/t.r） 。 LQS