瓦斯基礎(chǔ)理論及瓦斯治理技術(shù)

1、瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障u 礦井瓦斯的基本特征礦井瓦斯的基本特征u 煤層瓦斯的生成及賦存煤層瓦斯的生成及賦存u 煤層瓦斯基本參數(shù)及測定煤層瓦斯基本參數(shù)及測定u 礦井瓦斯涌出及預(yù)測礦井瓦斯涌出及預(yù)測u 瓦斯防治概述瓦斯防治概述u 通風(fēng)瓦斯治理技術(shù)通風(fēng)瓦斯治理技術(shù)u 煤礦瓦斯抽采技術(shù)煤礦瓦斯抽采技術(shù)u 瓦斯綜合防治方法瓦斯綜合防治方法一、礦井瓦斯的基本特征一、礦井瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 1.礦井瓦斯的定義 廣義的礦井瓦斯是指從煤（巖）涌入礦井巷道的自然瓦斯，采掘生產(chǎn)過程中形成的瓦

2、斯，空氣與有用礦物、圍巖、支架和其它材料之間的化學(xué)反應(yīng)、生物化學(xué)反應(yīng)所形成的瓦斯的總稱。各種類型的瓦斯具有不同的成因和性質(zhì)，其中的一部分（甲烷及其同系物、H2、CO、H2S）是可燃的，與空氣混合可形成爆炸混合物；另一部分（CO、NO、H2S、NH3、含硫的氣體、乙醛、汽油蒸氣、汞和砷的蒸氣）是有毒的，對人體有危害；第三部分（CO2、N2、Ar及其同系物）屬于惰性氣體，只有當其濃度大大超過空氣中的正常含量時才對人體有害。一、瓦斯的基本特征一、瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 煤層瓦斯是儲存在煤層內(nèi)的氣體，是構(gòu)成礦井瓦斯的最主要部分。煤層瓦

3、斯也是多種氣體的混合物，其成分比較復(fù)雜。國內(nèi)外對煤層瓦斯組分的大量測定表明，煤層瓦斯約有20 種組分：甲烷及其同系烴類氣體（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等）、二氧化碳、氮、二氧化硫、硫化氫、一氧化碳和稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙）等。其中甲烷及其同系物和二氧化碳是成煤過程的主要產(chǎn)物。當煤層賦存深度大于瓦斯風(fēng)化帶深度時，煤層瓦斯的主要組分（80%）是甲烷。因此，習(xí)慣上提到的煤層瓦斯往往就是甲烷。狹義上講，礦井瓦斯和煤層瓦斯都是僅指甲烷氣體而言。一、礦井瓦斯的基本特征一、礦井瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 2 2.瓦斯的基本性質(zhì)化學(xué)式：化

4、學(xué)式：CHCH4 4分子量：分子量：16.04216.042kg/kmolkg/kmol 密度：密度：0.71680.7168kg/mkg/m3 3沸點沸點：-161.7-161.7（0.10.1MPaMPa） 液態(tài)密度：液態(tài)密度：415415kg/mkg/m3 3水中的溶解度：水中的溶解度：55.6 55.6 l/ml/m3 3 發(fā)熱量：發(fā)熱量：85688568大卡大卡/ /m m3 3分子直徑：分子直徑：0.410.411010-9-9m m分子體積：分子體積：22.3622.36m m3 3/kmol/kmol對空氣的比重：對空氣的比重：0.55450.5545溶點：溶點： -182.5

5、-182.5擴散系數(shù)：擴散系數(shù)：0.1960.196cmcm2 2/s/s空氣中的爆炸下限：空氣中的爆炸下限：5%5%空氣中的爆炸上限：空氣中的爆炸上限：15%15%一、礦井瓦斯的基本特征一、礦井瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 瓦斯的化學(xué)名稱叫甲烷（CH4），是一種無色、無味、無毒、可燃的氣體，比重比空氣輕，溶解度很低，極難溶于水。 案列：湖南省嘉禾縣何家山煤窯糊涂地認為，瓦斯大時能用鼻子聞出來，他們沒有瓦斯檢測設(shè)備，靠人聞瓦斯。1989年4月28日，該礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故，當場死亡17人。 瓦斯氣體對煤礦而言既是一種有害氣體，也是

6、一種潔凈能源和優(yōu)質(zhì)化工原料。一、礦井瓦斯的基本特征一、礦井瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 3.3.瓦斯的危害性瓦斯的危害性（1 1）污染大氣環(huán)境，加劇大氣）污染大氣環(huán)境，加劇大氣“溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)”（2 2）可造成瓦斯窒息事故）可造成瓦斯窒息事故 瓦斯?jié)舛韧咚節(jié)舛?3%43%時，呼吸短促時，呼吸短促 瓦斯?jié)舛冗_瓦斯?jié)舛冗_57%57%時，即刻昏迷時，即刻昏迷（3 3）可釀成瓦斯燃燒事故）可釀成瓦斯燃燒事故 瓦斯?jié)舛鹊陀谕咚節(jié)舛鹊陀?%5%或或15%15%（4 4）引起瓦斯爆炸事故）引起瓦斯爆炸事故 瓦斯?jié)舛仍谕咚節(jié)舛仍? 515%15%

7、（5 5）產(chǎn)生煤與瓦斯突出事故）產(chǎn)生煤與瓦斯突出事故一、礦井瓦斯的基本特征一、礦井瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 4.瓦斯的利用： （1）能源）能源 1）發(fā)電：煤發(fā)電廠熱效率最高為）發(fā)電：煤發(fā)電廠熱效率最高為40%，煤層氣電廠可達，煤層氣電廠可達56%，鼓勵采用單機容量，鼓勵采用單機容量500千瓦及以上的煤礦瓦斯發(fā)電機組，千瓦及以上的煤礦瓦斯發(fā)電機組，以及大功率、高參數(shù)和高效率的煤礦瓦斯發(fā)電機組以及大功率、高參數(shù)和高效率的煤礦瓦斯發(fā)電機組 ； 2）燃料：）燃料： 工業(yè)燃料：鍋爐燃料、金屬冶煉、陶瓷玻璃工業(yè)；工業(yè)燃料：鍋爐燃料、金屬冶煉

8、、陶瓷玻璃工業(yè)； 民用燃料：煤制氣熱值低民用燃料：煤制氣熱值低(14.6kJ/m3)，煤層氣熱值高，煤層氣熱值高(35.6kJ/m3)，天然氣是，天然氣是21世紀中國城市民用燃氣首選燃料；世紀中國城市民用燃氣首選燃料； 汽車燃料，改善汽車尾氣對大氣的污染。汽車燃料，改善汽車尾氣對大氣的污染。 熱電冷聯(lián)供瓦斯發(fā)電余熱制冷礦井降溫。熱電冷聯(lián)供瓦斯發(fā)電余熱制冷礦井降溫。一、瓦斯的基本特征一、瓦斯的基本特征瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 （ 2）原料）原料 1）煤層氣制合成氨，世界合成氨的）煤層氣制合成氨，世界合成氨的73.7%來自天來自天然氣然氣 ，我國

9、合成氨的，我國合成氨的18%來自天然氣來自天然氣 ； 2）甲醇）甲醇80%由天然氣生產(chǎn)；由天然氣生產(chǎn)； 3）煤層氣制乙炔，由天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙）煤層氣制乙炔，由天然氣部分氧化法生產(chǎn)乙炔，由乙炔生產(chǎn)炔，由乙炔生產(chǎn)PVC制品；制品； 4）煤層氣制炭黑；）煤層氣制炭黑； 5）煤層氣制甲醛；）煤層氣制甲醛； 6）煤層氣制乙醇。）煤層氣制乙醇。 瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 1、煤層瓦斯的生成 煤層瓦斯是腐植型有機物在成煤過程中生成的，成氣過程可分為兩個階段。 （1）生物化學(xué)成氣時期 在植物沉積成煤初期的泥炭化過程中，有機物在隔絕外部氧氣進入和溫度不超

10、過650C的條件下，被厭氧微生物分解為CH4、CO2和H2O。 在這個階段生成的泥炭層，埋深淺，生成的瓦斯易排放到古大氣中去，一般不會保留在現(xiàn)有煤層內(nèi)。二、煤層二、煤層瓦斯的生成及賦存瓦斯的生成及賦存瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存 （2）煤化變質(zhì)作用成氣時期）煤化變質(zhì)作用成氣時期隨著泥炭層下沉，上覆蓋層變厚，隨著泥炭層下沉，上覆蓋層變厚，溫度溫度和和壓力壓力增高，生物化增高，生物化學(xué)作用逐漸減弱直至結(jié)束，在較高的壓力與溫度作用下泥炭轉(zhuǎn)學(xué)作用逐漸減弱直至結(jié)束，在較高的壓力與溫度作用下泥炭轉(zhuǎn)化成褐煤，并逐

11、漸進入化成褐煤，并逐漸進入煤化變質(zhì)作用階段煤化變質(zhì)作用階段。 褐煤進一步沉降，壓力與溫度作用加劇，便進入煤化變質(zhì)作褐煤進一步沉降，壓力與溫度作用加劇，便進入煤化變質(zhì)作用造氣階段。有機物在用造氣階段。有機物在高溫高溫、高壓高壓作用下，揮發(fā)分減少，固定作用下，揮發(fā)分減少，固定碳增加，這時生成的氣體主要為碳增加，這時生成的氣體主要為CH4和和CO2 。從褐煤到無煙煤，。從褐煤到無煙煤，煤的變質(zhì)程度越高煤的變質(zhì)程度越高，生成的，生成的瓦斯量也越多瓦斯量也越多。瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 二、煤層二、煤層瓦斯的生成及賦存瓦斯的生成及賦存瓦斯研究分院瓦斯研

12、究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存 2、煤層瓦斯賦存、煤層瓦斯賦存 煤是天然的空隙裂隙體：空隙率一般為煤是天然的空隙裂隙體：空隙率一般為518%；每克煤；每克煤內(nèi)空隙的表面積達內(nèi)空隙的表面積達20200m2/g，甚至更多。，甚至更多。 豐城煤張扭裂隙，放大豐城煤張扭裂隙，放大54005400倍倍雞西煤的孔隙，放大雞西煤的孔隙，放大720720倍倍瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存（1）瓦斯在煤體內(nèi)存在的狀態(tài) a.游離狀態(tài)(自由狀態(tài))

13、 瓦斯以自由氣體的狀態(tài)存在于煤體的孔隙和裂隙中，呈現(xiàn)出壓力，服從氣體狀態(tài)方程。 游離瓦斯量的大小與貯存空間的容積和瓦斯壓力成正比，與瓦斯溫度成反比。1吸收瓦斯吸收瓦斯2游離瓦斯游離瓦斯3吸著瓦斯吸著瓦斯4 煤煤5 孔隙孔隙瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存 b.吸附狀態(tài) 吸附狀態(tài)又分為吸著狀態(tài)和吸收狀態(tài)兩種： 吸著狀態(tài)是在孔隙表面的固體分子引力作用下，氣體分子被緊密地吸附于孔隙表面上，形成很薄的吸附層。 吸收狀態(tài)是瓦斯分子進入煤體膠粒結(jié)構(gòu)與煤分子結(jié)合而呈現(xiàn)的一種狀態(tài)，類似于氣體溶解于液體的現(xiàn)象。煤層賦存的

14、瓦斯量中，通常吸附瓦斯量占80%90%，游離瓦斯量占10%20%。瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (2)兩種賦存狀態(tài)的關(guān)系 在煤體中，吸附瓦斯和游離瓦斯在外界溫度及壓力不變的條件下處于動平衡狀態(tài)。 煤體中的瓦斯含量是一定的，但以游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)存在的瓦斯量是可以相互轉(zhuǎn)化的。 當壓力升高或溫度降低時，一部分瓦斯由游離狀態(tài)轉(zhuǎn)化為吸附狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為吸附。 當壓力降低或溫度升高時，一部分瓦斯就由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為解吸。煤層受到采動影響后，形成的壓力梯度使瓦斯流動，煤體內(nèi)瓦斯壓力的降低將促進瓦斯的解吸作用。二、煤層瓦斯的生成及賦存二、

15、煤層瓦斯的生成及賦存瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存 3、煤層瓦斯的垂直分帶、煤層瓦斯的垂直分帶（1）形成原因及分帶劃分形成原因及分帶劃分 當煤層直達地表或直接為當煤層直達地表或直接為透氣性較好的第四系沖積層透氣性較好的第四系沖積層覆蓋時，由于煤層中瓦斯向覆蓋時，由于煤層中瓦斯向上運移和地面空氣向煤層中上運移和地面空氣向煤層中滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)滲透，使煤層內(nèi)的瓦斯呈現(xiàn)出垂直分帶特征。出垂直分帶特征。瓦斯瓦斯空氣空氣-1000m-800m-600m-400m-200m瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安

16、全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 煤層自上向下分為四個帶：CO2-N2帶、N2帶、N2-CH4帶、CH4帶，前三個帶總稱為瓦斯風(fēng)化帶，第四個帶稱為甲烷帶。劃分的意義：掌握本煤田煤層瓦斯垂直分帶的特征，是搞好礦井瓦斯涌出量預(yù)測和日常瓦斯管理工作的基礎(chǔ)。 規(guī)律： 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，瓦斯涌出量與深度之間無規(guī)律性。 瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，無突出危險性。 在CH4帶內(nèi)，瓦斯含量和涌出量隨著深度的增加而增大。 在瓦斯風(fēng)化帶開采煤層時，相對瓦斯涌出量一般2m3/t，瓦斯對生產(chǎn)不構(gòu)成主要威脅。 我國大部分瓦斯礦井都是在瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)進行生產(chǎn)的。 二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存瓦斯研究分院瓦斯研

17、究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存 氣帶名稱氣帶名稱(從上往下從上往下)氣帶成因氣帶成因瓦斯成分瓦斯成分 N2CO2CH4I CO2N2 生物化學(xué)空氣生物化學(xué)空氣 2080 2080 80102020III N2-CH4變質(zhì)成因變質(zhì)成因2080 1020 2080 IV CH4變質(zhì)成因變質(zhì)成因20 80 煤層瓦斯垂直分帶及各帶氣體成分煤層瓦斯垂直分帶及各帶氣體成分瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障（2）瓦斯風(fēng)化帶的下部邊界深度確定 根據(jù)下列指標中的任何一項確定： 煤層的相對瓦斯涌

18、出量等于23m3/t處； 煤層內(nèi)的瓦斯組分中甲烷及重烴濃度總和達到80%（體積比）； 煤層內(nèi)的瓦斯壓力為0.10.15MPa； 煤的瓦斯含量為23m3/t（煙煤）和57m3/t（無煙煤）。 瓦斯風(fēng)化帶深度決定于煤層的具體條件，變化很大，即使在同一井田有時也相差很大，南桐魚田堡礦的瓦斯風(fēng)化帶為30m，開灤趙各莊礦為467m。二、煤層瓦斯的生成及賦存二、煤層瓦斯的生成及賦存瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 （一）煤層瓦斯含量及測定方法 1、基本定義 煤的瓦斯含量是指單位體積或重量的煤在自然狀態(tài)下所含有的瓦斯量(標準狀態(tài)下的瓦斯體積)，單位為m3/m3或m

19、3/t。 煤層瓦斯原始含量：指未受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)的瓦斯含量。煤層瓦斯殘余含量：指受采礦采動及抽采影響的煤體內(nèi)現(xiàn)存的瓦斯含量。煤的瓦斯含量包括游離瓦斯和吸附瓦斯。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定2 2、影響煤層瓦斯含量的因素影響煤層瓦斯含量的因素 (1)煤的吸附特性煤的吸附特性 煤的吸附性能決定于煤化程度。煤的煤化程度越高，存儲瓦煤的吸附性能決定于煤化程度。煤的煤化程度越高，存儲瓦斯的能力越強。因此，在其它條件相同時，高變質(zhì)煤比低變質(zhì)煤斯

20、的能力越強。因此，在其它條件相同時，高變質(zhì)煤比低變質(zhì)煤瓦斯含量大。瓦斯含量大。 (2)煤層露頭煤層露頭 煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，露頭存在時間越長，瓦煤層露頭是瓦斯向地面排放的出口，露頭存在時間越長，瓦斯排放越多；反之地表無露頭的煤層，瓦斯含量較高。斯排放越多；反之地表無露頭的煤層，瓦斯含量較高。 (3)煤層的埋藏深度煤層的埋藏深度 煤層的埋藏深度的增加，有利于封存瓦斯。瓦斯風(fēng)化帶中瓦煤層的埋藏深度的增加，有利于封存瓦斯。瓦斯風(fēng)化帶中瓦斯含量小，不會發(fā)生瓦斯突出。甲烷帶內(nèi)，瓦斯含量隨深度的增斯含量小，不會發(fā)生瓦斯突出。甲烷帶內(nèi)，瓦斯含量隨深度的增加而增大。加而增大。如：陽泉如：陽泉3號煤

21、層為無煙煤，揮發(fā)分號煤層為無煙煤，揮發(fā)分為為7%，瓦斯壓力，瓦斯壓力1.3MPa，瓦斯含量，瓦斯含量為為25m3/t；撫順勝利礦為氣煤，揮發(fā)；撫順勝利礦為氣煤，揮發(fā)分為分為45%，瓦斯壓力，瓦斯壓力1.7MPa，瓦斯，瓦斯含量僅含量僅7m3/t。瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (4)圍巖透氣性 圍巖為致密完整的低透氣性巖層，如泥巖，完整的石灰?guī)r，煤層中的瓦斯就易于保存下來，瓦斯含量就大，瓦斯壓力也大。圍巖透氣性大，如中粗砂巖、礫巖等，瓦斯越易流失，煤層瓦斯含量就小。 (5)煤層傾角 埋藏深度相同時，煤層傾角越小，煤層的瓦斯含量就越高。如芙蓉煤礦北翼

22、煤層傾角40800，瓦斯涌出量約20m3/t，無瓦斯突出現(xiàn)象；南翼煤層傾角6120，瓦斯涌出量高達150m3/t，具有發(fā)生瓦斯突出的危險性。這種現(xiàn)象的主要原因在于：煤層透氣性一般大于圍巖；煤層傾角越小，在頂板巖性密封好的條件下，瓦斯不易通過煤層排放，煤體中的瓦斯容易得到貯存。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 ( 6)地質(zhì)構(gòu)造 封閉型地質(zhì)構(gòu)造有利于封存瓦斯，開放型地質(zhì)構(gòu)造有利于瓦斯排放。a.褶曲構(gòu)造 背斜構(gòu)造 瓦斯風(fēng)化帶以下，背斜頂板為致密巖層又未遭到破壞時，在背斜軸部的瓦斯容易積聚和保存下來，形成瓦

23、斯含量較高的“氣頂”，稱為儲瓦斯構(gòu)造。 當背斜軸部的頂部巖(煤)層因張力作用而形成有連通地表的裂隙時，背斜軸部的瓦斯就會流失掉，瓦斯含量就會降低。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定1-不透氣巖層不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層煤層瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定向斜構(gòu)造向斜構(gòu)造向斜構(gòu)造一般軸部的瓦斯含量比翼部高，這是軸部巖層受到向斜構(gòu)造一般軸部的瓦斯含量比翼部高，這是軸部巖層受到強力擠壓，圍巖的透氣性會變得更低，則軸部封存較多瓦斯。強力擠壓，圍巖的透氣

24、性會變得更低，則軸部封存較多瓦斯。1-不透氣巖層不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層煤層瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定 b.斷裂構(gòu)造斷裂構(gòu)造開放性斷層開放性斷層(張性、張扭性斷層張性、張扭性斷層)，不論其與地表是否直接相通，都會因其，不論其與地表是否直接相通，都會因其有利于瓦斯的散放而使瓦斯含量降低，如圖有利于瓦斯的散放而使瓦斯含量降低，如圖a、b。而封閉性斷層。而封閉性斷層(壓性、壓扭壓性、壓扭性斷層性斷層)不利于瓦斯的排放，煤層瓦斯含量則較高，如圖不利于瓦斯的排放，煤

25、層瓦斯含量則較高，如圖c。1-瓦斯喪失區(qū)域；瓦斯喪失區(qū)域；2-瓦斯含量降低區(qū)；瓦斯含量降低區(qū)；3-瓦斯含量異常增高區(qū)；瓦斯含量異常增高區(qū)；4-瓦斯含量正常增高區(qū)瓦斯含量正常增高區(qū)瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定 (3)其他構(gòu)造其他構(gòu)造 煤包儲瓦斯構(gòu)造煤包儲瓦斯構(gòu)造 局部煤層突然變厚而形成的大局部煤層突然變厚而形成的大“煤包煤包”會出現(xiàn)瓦斯含量增會出現(xiàn)瓦斯含量增高現(xiàn)象。高現(xiàn)象。 因為煤包周圍在構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用下，煤層被壓薄，因為煤包周圍在構(gòu)造擠壓應(yīng)力作用下，煤層被壓薄，形成對大煤包封閉的條件，有利于

26、瓦斯的封存。形成對大煤包封閉的條件，有利于瓦斯的封存。1-不透氣巖層不透氣巖層2-煤層瓦斯含量增高區(qū)域煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層煤層瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定 地壘地塹儲瓦斯構(gòu)造地壘地塹儲瓦斯構(gòu)造由兩條封閉斷層與致密圍巖圈閉而形成的由兩條封閉斷層與致密圍巖圈閉而形成的“地壘地壘”或或“地地塹塹”等構(gòu)造，因為有著良好的圈閉條件，生成的瓦斯難于擴散等構(gòu)造，因為有著良好的圈閉條件，生成的瓦斯難于擴散或排放，其瓦斯含量較其他地點要高。或排放，其瓦斯含量較其他地點要高。1-不透氣巖層不透氣巖層2-煤層

27、瓦斯含量增高區(qū)域煤層瓦斯含量增高區(qū)域3-煤層煤層瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (7)水文地質(zhì)條件 地下水活躍的地區(qū)，煤層瓦斯含量減小。 其原因有二：一是瓦斯能溶于水，盡管其溶解度很小，但經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，可以從煤層中帶走數(shù)量可觀的被溶解的瓦斯；二是地下水溶蝕一部分礦物質(zhì)，使地層得到卸壓，地應(yīng)力降低，導(dǎo)致煤巖層裂隙發(fā)育和透氣性增加，從而增強了煤層瓦斯的流失。 國內(nèi)煤礦普遍存在凡是水大的礦井瓦斯小，水小的礦井瓦斯大的規(guī)律。 以上是對這些 因素的簡要說明，在分析某一煤層瓦斯含量以及有無突出危險時，需要根據(jù)這些因素以及地應(yīng)力等因素作綜合的研究。找出影響

28、本煤田、本礦井瓦斯含量的主要因素。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 3、瓦斯含量測定方法 （1）煤層瓦斯含量直接測定法（地勘鉆孔解吸法） 煤層瓦斯含量直接測定法通常用在地勘鉆孔中測定煤層瓦斯含量，由于該方法是以測量煤中解吸瓦斯量和解吸特征為基礎(chǔ)的一種方法，所以又稱解吸法。瓦斯含量由實測的瓦斯解吸量、實測的瓦斯殘存量和推算的瓦斯損失量三部分組成。為了準確測定煤層的原始瓦斯含量，必須使用專門的儀器在地勘鉆孔中采樣和測量，以保證采樣過程中損失的瓦斯量最小，并通過測定和計算對損失的瓦斯量進行盡可能準確的補償

29、。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 測定步驟如下： 1）采樣 2）瓦斯解吸量測定 3）瓦斯損失量推算 4) 瓦斯殘存量實驗室測定 5) 煤層瓦斯含量計算 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 （2）井下快速測定煤層瓦斯含量法(解吸系數(shù)法) 這是近年來基于煤樣瓦斯解吸規(guī)律基礎(chǔ)上研究的一種間接方法，可以在井下快速測定煤層瓦斯含量。煤樣卸壓后其瓦斯解吸過程隨時間呈冪函數(shù)的規(guī)律變化，在卸壓后的60min內(nèi)瓦斯解吸速度

30、的衰減系數(shù)（Kt）為常數(shù)，而在第一分鐘時的解吸速度值（V1）則隨吸附瓦斯壓力大小而變化。 1)利用煤樣瓦斯解吸特征，求出測定煤層的瓦斯解吸特征指標V1值和Kt值； 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 2)利用郎格繆爾方程式，在實驗室計算不同吸附瓦斯壓力下煤樣的瓦斯含量，同時測出相應(yīng)壓力的V1值和Kt值； 3)利用V1值確定煤層瓦斯含量的數(shù)學(xué)模型 W=AV1+B 式中： W煤樣在一定吸附壓力下的瓦斯含量，ml/g； V1煤樣暴露第一分鐘時的瓦斯解吸速度，ml/g.min； A、B回歸系數(shù)。 使用專門的儀

31、器，通過井下煤層打鉆采集13mm粒度的煤樣，就能夠在回采和掘進工作面上快速測定煤層瓦斯含量。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (3)實驗室間接測定煤層瓦斯含量法 煤層瓦斯含量由游離瓦斯和吸附瓦斯兩部分組成。實驗室間接測定法是在實驗室測定煤樣孔隙體積和吸附等溫線的基礎(chǔ)上，根據(jù)礦井實測的煤層瓦斯壓力計算這兩部分相應(yīng)的瓦斯量。 1) 吸附瓦斯含量 X1= 式中：X1純煤（可燃基）的吸附瓦斯含量，m3/tr； a吸附常數(shù)，試驗溫度下純煤的極限吸附量，m3/tr； 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參

32、數(shù)及測定bPabP1)31. 01 (1Mad瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 b吸附常數(shù)，MPa-1； P瓦斯壓力，MPa； Mad煤樣水份，%。 2) 游離瓦斯含量 X2=10KP/ 式中：X2游離瓦斯含量，m3/tr； K煤的孔隙率，m3/m3； 煤的視密度，t/m3。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 3) 純煤的瓦斯含量 X=X1+X2 4) 原煤的瓦斯含量 Xo=X1 + X2 式中： Xo原煤的瓦斯含量，m3/t； A原煤灰份 ，%。 三、煤

33、層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定100100AMad 瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (4)井下直接測定煤層可解吸瓦斯含量的方法 重慶分院近年來開發(fā)研究了井下直接測定煤層瓦斯含量的方法，井下直接測定煤層瓦斯含量方法所指的瓦斯含量是指單位質(zhì)量的煤在20和大氣壓力下直接測定和計算出的煤層瓦斯解吸量（不包括瓦斯殘存量），單位為m3/t，其表達基準為原煤基。采用保持或代表煤層實際情況的煤樣，不考慮原始煤層中的水分和非煤物質(zhì)的存在。瓦斯含量（Qm）的值等于瓦斯損失量（Q1）、煤芯瓦斯解吸量(Q2)、粉碎瓦斯解吸量（Q3）三者之和。三、煤層瓦斯基

34、本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 直接測定瓦斯含量的原理是通過取芯鉆孔將煤芯從煤層深部取出，及時放入煤樣筒中密封，然后測量煤樣筒中煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量, 并以此來計算煤樣裝入煤樣筒密封之前的瓦斯損失量Q1；把煤樣筒帶到實驗室然后測量從煤樣筒中釋放出的瓦斯量, 與井下測量的瓦斯解吸量一起計算煤芯瓦斯解吸量Q2；將煤樣筒中的部分煤樣裝入密封的粉碎系統(tǒng)加以粉碎, 測量在粉碎過程及粉碎后一段時間所解吸出的瓦斯量, 并以此為基準計算全部煤樣在粉碎后所能解吸出的瓦斯解吸量Q3；瓦斯損失量、煤芯瓦斯解吸量和粉碎后瓦斯解吸

35、量之和就是瓦斯含量。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 測定步驟及操作規(guī)范： 下井前準備 井下實驗裝置準備與檢查：主要包括取芯管、煤樣罐、連同箱體的量管(選擇合適量程的量管，最好下井前在箱中裝兩根不同量程的量管，以便根據(jù)實際情況選用)、溫度計、抽氣筒、扳手、氣樣袋、取樣篩子、氣壓計等。在實驗點安裝好鉆機并保證正常工作，檢查取芯管是否到位、鉆桿是否能和取芯管聯(lián)接，鉆頭（90和108兩種）大小是否和取芯管外徑配套、煤樣罐和工具箱是否完好齊備。三、煤層瓦斯基本三、煤層瓦斯基本 參數(shù)及測定參數(shù)及測定瓦斯研究分

36、院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 取樣前準備 檢查煤樣筒的氣密性，確保井下容積裝置完好并可隨時使用，準備好記錄用具。 取樣鉆孔布置 根據(jù)實際情況，可在掘進工作面選擇如下兩種布孔方式之一：a.煤壁兩側(cè)；b.工作面迎頭。 取樣 取樣鉆孔的準備：根據(jù)取芯管尺寸先施工預(yù)定深度的鉆孔，鉆孔直徑由取芯管外徑確定，如采用普通取芯管（外徑73mm）應(yīng)施工直徑為90mm的鉆孔；采用雙層取芯管（外徑89mm）應(yīng)施工直徑為108mm的鉆孔。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 按照設(shè)計好的鉆

37、孔傾角（一般設(shè)計為仰角）、方位、深度和孔徑施工完鉆孔，盡量排盡孔內(nèi)殘粉后快速退出鉆具，用鉆桿帶上取芯管快速下到孔底，要求下取芯管的同時打開壓風(fēng)到最大，以防下取芯管過程中裝進殘粉。取芯管下到孔底后，調(diào)整鉆進參數(shù)，進行取樣鉆進，同時記錄起鉆時間；鉆進至取芯管裝滿為止，記錄鉆進結(jié)束時間；快速退出取芯管，將所取煤樣進行適當分選，裝進煤樣筒，記錄煤樣筒密封時間，取樣工作結(jié)束。三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 其它注意事項 應(yīng)盡可能地減少取樣時間；如實記錄打鉆過程中的噴孔、頂鉆、排粉等情況。 損失量補償方法:

38、煤芯瓦斯損失量無法直接測定，只有根據(jù)瓦斯解吸規(guī)律，通過測定初期瓦斯解吸速度，采用數(shù)據(jù)擬合計算而得出。為了測定和計算方便，將煤芯在不同時刻的瓦斯累計解吸量作為測定參數(shù)，根據(jù)暴露初期瓦斯累計解吸量與時間的函數(shù)關(guān)系，計算煤芯在暴露時間內(nèi)的瓦斯損失量。三、煤層瓦斯基本三、煤層瓦斯基本 參數(shù)及測定參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 根據(jù)有關(guān)研究結(jié)果，煤芯在初始一段暴露時間內(nèi)，累計瓦斯解吸量與煤樣瓦斯解吸時間存在如下關(guān)系： V=k(t0+t) 式中：V煤芯自取芯開始時至t0+t時刻總的瓦斯解吸量，mL； t0測定煤芯解吸速度前的暴露時間，min； t0=

39、 t1+t2 t1鉆進取樣開始到打鉆結(jié)束的時間，min； t2打鉆結(jié)束至將煤芯裝入煤芯筒開始測定的時間，min； t解吸測定時間，min； k比例常數(shù)； 解吸特征參數(shù)，根據(jù)取芯煤樣的完整性取值，為0.30.5之間，完整煤芯取0.5。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定21瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 （二）煤層瓦斯壓力及測定方法 1. 煤層瓦斯壓力的一般規(guī)律 煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個主要因素，當煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含

40、瓦斯量也就越大。在煤與瓦斯突出發(fā)生、發(fā)展過程中，瓦斯壓力起著重大的作用。為了預(yù)測深部煤層瓦斯涌出量、確定煤層的突出危險性，在我國許多突出和高瓦斯礦井中開展了較為廣泛的煤層瓦斯壓力測定工作。研究表明，在距地表同一垂深上，不同礦區(qū)煤層的瓦斯壓力值可能有很大的差別，但同一礦區(qū)中煤層瓦斯壓力隨深度的增加而增大，這一特點反映了煤層瓦斯由地層深處向地表流動的總規(guī)律。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 煤層瓦斯壓力的大小取決于煤生成后，煤層瓦斯的排放條件。在漫長的地質(zhì)年代中，煤層瓦斯排放是一個極其復(fù)雜的問題，它除

41、與覆蓋層厚度、透氣性能、地質(zhì)構(gòu)造條件有關(guān)外，還與覆蓋層的含水性密切有關(guān)。當覆蓋層中充滿水時，煤層瓦斯壓力最大，這時瓦斯壓力等于同水平的靜水壓力。當煤層瓦斯壓力大于同水平靜水壓力時，在漫長的地質(zhì)年代中，瓦斯將沖破水的阻力向地表逸散；當覆蓋層未充滿水時，煤層瓦斯壓力將小于同水平的靜水壓力。因此絕大多數(shù)煤層的瓦斯壓力小于或等于同水平靜水壓力。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)測定煤層瓦斯壓力與埋深的關(guān)系煤層瓦斯壓力與埋深的關(guān)系瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科

42、技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 在地質(zhì)條件不變的情況下，煤層瓦斯壓力隨深度增加成正比例增加，通常用下式描述： P=P0+m(HH0)式中：P在深度H處的瓦斯壓力，MPa； P0瓦斯風(fēng)化帶下部邊界深度H0的瓦斯壓力，取為0.150.2 MPa； H0瓦斯風(fēng)化帶深度，m； H距地表垂深，m； m瓦斯壓力梯度，MPa/m。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 2. 煤層瓦斯壓力的測定方法 測定煤層瓦斯壓力時，通常是從圍巖巷道（石門或巖巷）向煤層打孔徑為5070mm 的鉆孔，孔中安放測壓管，將鉆孔密

43、封后，用壓力表直接進行測定。為了測定煤層的原始瓦斯壓力，測壓地點的煤層應(yīng)為未受采動影響的原始煤體。 測壓封孔方法分填料法和封孔器法兩類。根據(jù)封孔器的結(jié)構(gòu)特點，封孔器分為膠圈、膠囊和膠圈-粘液等幾種類型。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (1) 填料封孔法 人工填料封孔 填料法是應(yīng)用最廣泛的一種測壓封孔方法。采用該方法時，在打完鉆孔后，先用水清洗鉆孔再向孔內(nèi)放置測壓管，最后用充填材料封孔。 人工充填法封孔示意圖 1測壓前端；2擋料圈盤；3充填材料；4木楔；5測壓管；6壓力表；7鉆孔 三、煤層瓦斯基本

44、參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 為了防止測壓管堵塞，在測壓管前端焊接一段直徑稍大于測壓管的篩狀管或直接在測壓管壁打篩孔。為了防止充填材料堵塞測壓管前端，在測壓管前端后部套焊一擋料圓盤。測壓管為紫銅管或細鋼管，充填材料用水泥和砂子或粘土。填料可用人工或壓風(fēng)送入鉆孔。充填時每充填1m 左右，送入一段木楔，并用堵棒搗固。人工封孔的封孔深度一般不超過5m；為了提高填充密封效果，可使用膨脹水泥。 填料法封孔的優(yōu)點是不需特殊裝置，簡單易行；缺點是人工封孔長度短，且封孔后需等水泥基本凝固后，才能上壓力表測壓。 三、煤層瓦斯基本

45、參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 注漿泵填料封孔 測壓鉆孔直徑一般為6575mm，鉆孔長度可達15m70m。封孔步驟為： 將測壓管安裝至預(yù)定的（測壓）深度，在孔口用木楔封住，并安裝好注漿管；根據(jù)封孔深度確定膨脹不收縮水泥的使用量，按一定比例配好封孔水泥漿，用壓氣注漿器或泥漿泵一次連續(xù)將封孔水泥漿注入鉆孔內(nèi)； 注漿48 h后，通過測壓管用（手搖）注液泵將粘液注入鉆孔內(nèi)；撤下（手搖）注液泵，在孔口安裝三通及壓力表。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技

46、提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定注漿封孔示意圖注漿封孔示意圖1 1注液泵，注液泵，2 2三通；三通；3 3壓力表；壓力表；4 4木楔；木楔；5 5測壓管；測壓管；6 6煤層煤層7 7粘液；粘液；8 8水泥；水泥；9 9注漿管；注漿管；1010注漿泵注漿泵瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 （ 2) 封孔器封孔 膠圈封孔器。膠圈封孔是一種簡便的封孔方法，它適用于巖柱完整致密的條件。封孔器由內(nèi)外套管、擋圈和膠圈組成，內(nèi)套管即為測壓管。封直徑為50mm 的鉆孔時，膠圈外徑為49mm，內(nèi)徑21mm，長度為78mm，測

47、壓管上焊有環(huán)形固定擋圈，當擰緊壓緊螺帽時，外套管移動壓縮膠圈，即達到封孔目的。北票礦務(wù)局臺吉煤礦550m 水平西5石門用膠圈封孔器實測的10層煤瓦斯壓力高達8.1MPa。 該方法的主要優(yōu)點是簡單易行，封孔器可重復(fù)使用；缺點是封孔深度小，且要求封孔段巖石必須致密、完整。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定 膠圈封孔器結(jié)構(gòu)示意圖膠圈封孔器結(jié)構(gòu)示意圖1 1測壓管；測壓管；2 2外套管；外套管；3 3壓緊螺帽；壓緊螺帽；4 4活動擋活動擋圈；圈；5 5固定擋

48、圈；固定擋圈；6 6膠圈；膠圈；7 7壓力表；壓力表；8 8鉆孔鉆孔瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 膠圈壓力粘液封孔器 膠圈壓力粘液封孔器與膠圈封孔器的主要區(qū)別是在兩組封孔膠圈之間，充入帶壓的粘液。這是中國礦業(yè)大學(xué)研制成功的一種的封孔方法。 該封孔器由膠圈封孔系統(tǒng)和粘液加壓系統(tǒng)組成。為了縮短測壓時間，本封孔器帶有預(yù)充氣口，預(yù)充氣壓力略小于預(yù)計的煤層瓦斯壓力。與其它封孔器相比，這種封孔器的主要優(yōu)點：一是增大了封孔段的長度；二是壓力粘液可滲入封孔段巖（煤）體裂隙，增大該段的密封效果。膠圈- 壓力粘液封孔器在陽泉、焦作和鶴壁等礦務(wù)局的試驗證明，該封孔器能

49、滿足在煤巷直接測定煤層瓦斯壓力的要求。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定1 1補充氣體入口；補充氣體入口；2 2固定把；固定把；3 3加壓手把；加壓手把；4 4推力軸承；推力軸承；5 5膠圈；膠圈；6 6粘液壓力表；粘液壓力表；7 7膠圈；膠圈；8 8高壓膠管；高壓膠管；9 9閥門；閥門；10 10二氧化碳瓶；二氧化碳瓶；11 11粘液；粘液；12 12粘液罐粘液罐膠圈膠圈- - 壓力粘液封孔器結(jié)構(gòu)圖壓力粘液封孔器結(jié)構(gòu)圖瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致

50、力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 該封孔器的主要技術(shù)參數(shù)如下： 鉆孔直徑 (mm) 62 封孔深度 （m） 1120 封孔粘液段長度（m） 3.65.4 煤層堅固性系數(shù) (f) 0.5 封孔器重量（長15m）（kg） 120 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 （三）煤層透氣性系數(shù)及測定方法1、煤層透氣性系數(shù)的定義煤是一種多孔介質(zhì)，在一定壓力梯度下，氣體和液體可以在煤體內(nèi)流動。煤層透氣性是煤層對于瓦斯流動的阻力，通常用透氣性系數(shù)表示。透氣性系數(shù)越大，瓦斯在煤層中流動越容易。煤層透氣性系

51、數(shù)在我國普遍使用的單位是 m2/(MPa2.d)，其物理意義是在1m 長煤體上，當壓力平方差為1MPa2 時，通過1m2 煤層斷面，每日流過的瓦斯立方米數(shù)。1m2/(MPa2.d) 相當于0.025mD（毫達西）。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 2、煤層透氣性系數(shù)的測定方法 煤層透氣性系數(shù)的測定在我國廣泛采用中國礦業(yè)大學(xué)提出的方法。這一方法是在煤層瓦斯向鉆孔流動的狀態(tài)屬徑向不穩(wěn)定流動的基礎(chǔ)上建立的。采用該法時按下列步驟進行。 (1) 打鉆孔測定煤層瓦斯壓力 由石門或其他圍巖巷道向煤層打測壓鉆孔，

52、鉆孔與煤層交角應(yīng)盡量接近90度，鉆孔要打穿煤層全厚，孔徑不限。鉆孔打完后，清洗鉆孔，封孔測瓦斯壓力。封孔用的測壓管一般用直徑8-10mm 的紫銅管；當鉆孔瓦斯流量大時，測壓管應(yīng)選內(nèi)徑不小于15mm 的鋼管。為便于卸壓，在壓力表外端設(shè)卸壓閥門。當壓力表讀數(shù)上升至穩(wěn)定的最高位時，即為煤層原始瓦斯壓力值。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定11鉆孔；鉆孔；22測壓管；測壓管；33壓力表；壓力表；44閥門；閥門；55流量計；流量計；66封孔器；封孔器；77煤

53、層煤層煤層透氣性測定方法示意圖煤層透氣性測定方法示意圖瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 ( 2) 卸壓測定鉆孔瓦斯流量 打開卸壓閥門,卸除瓦斯壓力，記下卸壓時間，開始排放瓦斯。測定鉆孔瓦斯流量的時間，應(yīng)在卸壓1d 以后進行，此時測量計算出的透氣性系數(shù)是流動場煤層透氣性系數(shù)的平均值。 (3) 測定煤的瓦斯含量系數(shù) 煤層的瓦斯含量系數(shù)一般是在試驗室通過吸附試驗確定的。也可在井下用專門的裝置直接測定。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 (4 ) 透氣性系數(shù)的計算

54、方法 鉆孔瓦斯流動是徑向不穩(wěn)定流動，求出其流動方程的解析解是困難的。通過在實驗室用相似模型試驗的方法進行試驗，并以相似準數(shù)表達其試驗的結(jié)果。 徑向不穩(wěn)定流動的計算公式為： 式中： Y 流量準數(shù),無因次； F0時間準數(shù),無因次； a、b無因次系數(shù)。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定FaYb0瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定21201ppqrY215 . 1004rtPF式中：式中：P P0 0煤層原始絕對瓦斯壓力煤層原始絕對瓦斯壓力,MPa,MPa； P P1 1鉆孔中的瓦斯壓力鉆

55、孔中的瓦斯壓力, ,一般為一般為0.1MPa0.1MPa； 煤層透氣性系數(shù)煤層透氣性系數(shù),m,m2 2/(MPa/(MPa2 2d)d)； r r鉆孔半徑鉆孔半徑,m,m； qq在排放時間為在排放時間為t t時時, ,鉆孔煤壁單位面積的瓦斯流鉆孔煤壁單位面積的瓦斯流量量,m,m3 3/(m/(m2 2d)d)；瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定 q q在時間為在時間為t t時測出的鉆孔流量時測出的鉆孔流量,m,m3 3/d/d； L L鉆孔見煤長度鉆孔見煤長度, ,一般為煤層厚度一般為煤層厚度,m,m

56、； t t從鉆孔卸壓到測定鉆孔瓦斯流量的時間從鉆孔卸壓到測定鉆孔瓦斯流量的時間,d,d； 煤層瓦斯含量系數(shù)煤層瓦斯含量系數(shù),m,m3 3/(m/(m3 3(MPa)(MPa)1/21/2) )；LrQq12pX / XX煤的瓦斯含量煤的瓦斯含量,m,m3 3/ m/ m3 3； P P確定煤瓦斯含量時的瓦斯壓力確定煤瓦斯含量時的瓦斯壓力,MPa,MPa。瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 為了簡化計算，根據(jù)上述三個公式，導(dǎo)出如下計算透氣性系數(shù)的公式： 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定AY BF 021201ppqrA215 . 10

57、4rtpBF F0 0=10=10-2-21 1 A A1.611.61BB1/1.641/1.64 F F0 0=1 =1 10 10 A A1.391.39BB1/2.561/2.56 F F0 0=10=1010102 2 1.11A1.11A1.251.25BB1/41/4 F F0 0=10=102 210103 3 1.83A1.83A1.141.14BB1/7.31/7.3 F F0 0=10=103 310105 5 2.1A2.1A1.111.11BB1/91/9 F F0 0=10=105 510107 7 3.14A3.14A1.071.07BB1/14.41/14.4

58、瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 由于計算透氣性系數(shù)公式的式子較多，需采用試算法來確定選取的計算式，即先選用其中任一個式子計算出值，然后將算出的值代入時間準數(shù)公式，校驗F0值是否在選用公式的適用范圍內(nèi)。如在適用范圍，則選式正確，算出的 值即為煤層透氣性系數(shù)；如不在適用范圍，則需重新選公式計算值，重新校驗F0值是否在選用公式的適用范圍內(nèi)。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 測定透氣性系數(shù)時應(yīng)注意如下事項： 打測壓鉆孔時要注意有無噴孔，如有噴孔，應(yīng)測定噴出煤量

59、，然后折合計算孔徑； 測定鉆孔瓦斯流量時，可在不同時間多測幾個瓦斯流量值，以便分析距鉆孔不同距離煤體透氣性的變化規(guī)律； 卸壓后到測定流量時間長時，鉆孔見煤長度可不取實測值（如鉆孔與煤層面斜交），而取等于煤厚；如時間短，則L 值可取為鉆孔見煤長度。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 測定透氣性系數(shù)時應(yīng)注意如下事項： 打測壓鉆孔時要注意有無噴孔，如有噴孔，應(yīng)測定噴出煤量，然后折合計算孔徑； 測定鉆孔瓦斯流量時，可在不同時間多測幾個瓦斯流量值，以便分析距鉆孔不同距離煤體透氣性的變化規(guī)律； 卸壓后到測定流量

60、時間長時，鉆孔見煤長度可不取實測值（如鉆孔與煤層面斜交），而取等于煤厚；如時間短，則L 值可取為鉆孔見煤長度。 三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定三、煤層瓦斯基本參數(shù)及測定瓦斯研究分院瓦斯研究分院 致力安全科技致力安全科技 提升生命保障提升生命保障 瓦斯能夠長時間地、持續(xù)地從煤體中釋放出來，這是瓦斯涌出的基本瓦斯能夠長時間地、持續(xù)地從煤體中釋放出來，這是瓦斯涌出的基本形式，又叫瓦斯的形式，又叫瓦斯的普通涌出普通涌出。與其對應(yīng)的瓦斯特殊涌出是指在時間上突然，。與其對應(yīng)的瓦斯特殊涌出是指在時間上突然，在空間上集中、大量的瓦斯涌出，稱為在空間上集中、大量的瓦斯涌出，稱為特殊涌出，特殊涌出，主要有主要有瓦斯噴