煤層瓦斯含量直接測定方法

1、2煤層瓦斯含量直接測定方法2、1國內(nèi)外概況直接測定煤層瓦斯含量方法最初就是由法國貝爾塔等人在1970年提出，主要用來估算井下水平鉆孔煤芯得含氣量。1973年美國礦業(yè)局將貝爾塔方法進(jìn)行了改進(jìn)，用于地面垂直鉆井取芯得瓦斯含量測定，并規(guī)范采樣操作過程。因此,該方法又稱為美國礦業(yè)局直接法，并得到推廣應(yīng)用。國內(nèi)直接法測定煤層瓦斯含量技術(shù)方法沿用了美國礦業(yè)局直接法，采用了真空殘余脫氣方法（沈陽分院）,但帶來不可控得漏氣誤差。重慶分院研發(fā)人員在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了1000多組不同粒徑與吸附平衡壓力得煤樣瓦斯解吸規(guī)律實(shí)驗(yàn)，得到了煤樣破壞類型與解吸特征，開發(fā)了DGC型瓦斯含量直接測定裝置，見圖1。但對含水煤樣得瓦斯解

2、吸規(guī)律缺乏深入得實(shí)驗(yàn)研究。圖1重慶分院DGC型瓦斯含量直接測定裝置20102012年中國礦業(yè)大學(xué)在做淮南礦區(qū)瓦斯項(xiàng)目時(shí)，通過大量現(xiàn)場解吸實(shí)驗(yàn)，得到原始煤層水分條件下得鉆孔煤屑瓦斯解吸2小時(shí)以內(nèi)得規(guī)律，創(chuàng)立了全鉆孔全煤芯取樣解吸瓦斯實(shí)驗(yàn)技術(shù)，用于直接測定煤層瓦斯含量與瓦斯壓力，見圖2。圖2中國礦業(yè)大學(xué)瓦斯含量直接測定裝置與在線分析氣體成分分析系統(tǒng)2、2測定方法煤層瓦斯含量直接測定法依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T232502009煤層瓦斯含量井下直接測定方法。直接、準(zhǔn)確測定煤層瓦斯含量，用于礦井采掘部署、開拓延伸設(shè)計(jì)、煤層瓦斯賦存規(guī)律、瓦斯涌出量預(yù)測、瓦斯抽采效果評價(jià)、煤層氣資源評價(jià)、突出危險(xiǎn)性區(qū)域預(yù)測及區(qū)

3、域驗(yàn)證等方面。煤層瓦斯含量直接測定法中瓦斯含量由5部分組成：煤樣損失瓦斯量入、井下解吸瓦斯量X、煤樣粉碎前解吸瓦斯量X、煤樣粉碎后解吸瓦斯量X、大氣壓下不可解吸瓦斯量X4o煤樣損失瓦斯量為煤體暴露至裝入煤樣罐損失得解吸瓦斯量。不可解吸瓦斯量為大氣壓下煤樣粉碎后仍殘存在煤體中得瓦斯量，常壓下不可解，對突出沒有貢獻(xiàn)，也無法抽采利用。2、 2、1煤樣損失瓦斯量重慶分院采用測定煤樣初始解吸速度、損失時(shí)間,采用瓦斯解吸速度模型推算得到。中國礦業(yè)大學(xué)根據(jù)原始煤層水分條件下得鉆孔煤屑瓦斯解吸規(guī)律,采用3060分鐘得解吸量、損失時(shí)間，應(yīng)用瓦斯解吸量模型推算得到，單位煤重得解吸瓦斯量Xo=/G。有效地消除了速度

4、誤差。解吸時(shí)間2小時(shí)以內(nèi)得解吸實(shí)驗(yàn)方程為:式中:t時(shí)刻得實(shí)際瓦斯解吸量,;t時(shí)刻得井下測定得瓦斯解吸量,;井下?lián)p失瓦斯量,;瓦斯解吸時(shí)間,;損失時(shí)間（煤樣暴露時(shí)間）,;測定時(shí)間,;G-解吸煤樣重量，go瓦斯解吸速度方程為:時(shí)刻得瓦斯解吸速度,;時(shí)得初始瓦斯解吸速度,;煤得損失瓦斯量也可以用Excel表得做圖與數(shù)據(jù)處理程序得到。2、 2、2井下解吸瓦斯量采用排水集氣法測定瓦斯量。采取得煤樣裝入煤樣罐后,將煤樣罐與水量筒連接好，每隔每隔1分鐘記錄量管重量讀數(shù)及測定時(shí)間,連續(xù)觀測3060min或解吸量小于1g（cm3/min）,將觀測結(jié)果填寫到記錄表中,得到井下解吸瓦斯量。單位煤重得解吸瓦斯量X1=

5、/G。3、 2、3煤樣粉碎前解吸瓦斯量采用排水集氣法測定瓦斯量。井下送交地面實(shí)驗(yàn)室得煤樣罐檢查氣密性確認(rèn)不漏氣后,將煤樣罐得出氣口用膠管連接到量筒得進(jìn)氣口,打開煤樣罐閥門與秒表，每隔1分鐘記錄排水得體積（cm3）與時(shí)刻（min）。連續(xù)觀察記錄3060min左右,當(dāng)煤樣罐得出氣量小于2cm3/min時(shí),得到煤樣粉碎前解吸瓦斯量。單位煤重得粉碎前解吸瓦斯量X2=/G4、 2、4煤樣粉碎時(shí)得解吸瓦斯量采用排水集氣法測定瓦斯量。當(dāng)煤樣罐得出氣量小于1cm3/min時(shí),快速打開煤樣罐蓋,取出煤樣200g稱重,精確到0、1g,裝入粉碎機(jī)得容器內(nèi)。將容器放在粉碎機(jī)上,蓋上粉碎機(jī)得蓋子,并擰緊壓蓋。將粉碎機(jī)得

6、出氣膠管與水瓶得進(jìn)氣口連接好。記錄初始水瓶讀數(shù)。打開粉碎機(jī)得開關(guān)與秒表，粉碎35分鐘，每隔5分鐘讀數(shù),記錄排水得體積(cm3)與時(shí)刻(min)。直至解吸停止。得到煤樣粉碎后解吸瓦斯量。單位煤重得粉碎后解吸瓦斯量X3=/200。5、 2、5不可解吸瓦斯量大氣壓下煤樣不可解吸瓦斯含量,一般采用等溫吸附試驗(yàn)常數(shù)a、b值計(jì)算得到:式中:煤在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下得不可解吸瓦斯量,;吸附常數(shù),;吸附常數(shù),; 煤中水分含量,; 煤中灰分含量,; 煤得孔隙容積,;煤得真密度,。2、 3鉆孔煤樣井下解吸瓦斯量測定程序3、 3、1井下解吸瓦斯實(shí)驗(yàn)方法參照煤層瓦斯含量井下直接測定方法(GB/T232502009)與地質(zhì)勘探

7、時(shí)期煤層瓦斯含量測定方法,采用改進(jìn)得鉆孔全煤芯解吸瓦斯量測定方法,見圖3。井下自然解吸瓦斯量采用解吸稱量儀測定。煤樣罐通過排氣管與解吸稱量儀得水量罐連接后,隨即有從煤樣泄出得瓦斯進(jìn)入水量罐,用排水稱重法將瓦斯收集在水量罐內(nèi)。實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作1) 所有用于取樣得煤樣罐在使用前必須進(jìn)行氣密性檢測;氣密性檢測可通過向煤樣罐內(nèi)注空氣至表壓1、0MPa關(guān)閉后擱置12h,壓力不降方可使用。2) 解吸儀在使用之前,將水量罐注滿水,放置在電子稱上,電子稱讀數(shù)±1g為合格。煤樣采集3) 采樣鉆孔布置:同一地點(diǎn)至少應(yīng)布置兩個(gè)取樣鉆孔,間距不小于5m。4) 采樣方式:在未經(jīng)過瓦斯抽采得石門、巖石巷道或新暴露得

8、采掘工作面向煤層打鉆,定點(diǎn)取樣采集煤芯,采集煤芯時(shí)一次取芯長度應(yīng)不小于0、4m。5) 采樣深度:采樣深度應(yīng)超過鉆孔施工地點(diǎn)巷道得影響范圍,并滿足以下要求:在采掘工作面取樣時(shí),采樣深度應(yīng)根據(jù)采掘工作面得暴露時(shí)間來確定,但不得小于12m;在石門或巖石巷道采樣時(shí)，距煤層得垂直距離應(yīng)視巖性而定，但不得小于5m測定殘余瓦斯含量時(shí)，取樣不受此限制。6) 采樣時(shí)間:采樣時(shí)間就是指用于瓦斯含量測定得煤樣從割芯(或鉆進(jìn))到被裝入煤樣罐密封所用得實(shí)際時(shí)間。采樣時(shí)間越短越好,一般不超過10min。5)取出煤樣后，保持自然狀態(tài)裝入密封罐中,不可壓實(shí),罐口保留約10mm空隙。6) 煤樣罐密封前,應(yīng)將所有容器罐得閥門打開

9、,并用軟膠管連接煤樣罐與水量罐,水量罐應(yīng)置于電子稱上。用扳手?jǐn)Q緊罐蓋,按下秒表,開始測定瓦斯解吸量。7) 參數(shù)記錄:采樣時(shí),應(yīng)同時(shí)收集以下有關(guān)參數(shù)記錄在附表中。主要包括:a) 地質(zhì)參數(shù):取樣地點(diǎn)、煤層名稱、埋深(地面標(biāo)高、煤層底板標(biāo)高)、采樣深度、鉆孔方位、鉆孔傾角;b) 時(shí)間參數(shù):采樣日期、取芯(屑)開始時(shí)間、取芯(屑)結(jié)束時(shí)間、煤樣裝罐結(jié)束時(shí)間、開始解吸時(shí)間等;c) 樣品參數(shù):罐號、樣品編號。井下自然解吸瓦斯量測定實(shí)驗(yàn)步驟1) 煤樣罐通過排氣管5與解吸稱量儀連接后,隨即有從煤樣泄出得瓦斯進(jìn)入量管,用排水稱重法將瓦斯收集在水量罐內(nèi)。2) 每間隔一定時(shí)間記錄電子稱讀數(shù)t、g(1g=1cm3)及

10、測定時(shí)間T,連續(xù)觀測60120min或解吸量小于2cm3/min為止。開始觀測前30min內(nèi)，間隔1min,以后每隔(25)min讀數(shù)一次；同時(shí)記錄氣溫、水溫及大氣壓力3)如果水量罐體積不足以容納60min內(nèi)從煤樣泄出得全部瓦斯,可交替使用2個(gè)水量罐得水重，連續(xù)稱重觀測。4)如果在解吸稱量儀觀測中沒有瓦斯泄出，應(yīng)當(dāng)檢查排氣管及煤樣罐就是否堵塞。如果沒有堵塞，則就是瓦斯含量過小所至，此時(shí)，即可終止觀測，送實(shí)驗(yàn)室測定。5)觀測結(jié)束后，關(guān)閉煤樣罐得閥門。將壓緊螺絲稍加擰緊。6)煤樣罐密封運(yùn)到井上后，要進(jìn)行試漏，將煤樣罐沉入清水中，仔細(xì)觀察5min,檢查有無氣泡冒出。如果發(fā)現(xiàn)有氣泡滲出，則要更換煤樣罐

11、或膠墊重新取樣。如不漏氣，可以送實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測定殘存瓦斯含量。圖3稱重法測量煤樣解吸瓦斯量原理圖2、3、2順層鉆孔打鉆取樣操作程序(1)準(zhǔn)備好所要用來采集煤樣得煤樣罐，記錄煤樣罐號，稱量空罐質(zhì)量并記錄。(2)在設(shè)計(jì)鉆孔位置開始鉆孔，風(fēng)力排渣,孔深達(dá)到預(yù)計(jì)深度時(shí)停止，并記錄見煤時(shí)間，同時(shí)記錄見煤深度、鉆孔傾角。然后安放好塑料桶準(zhǔn)備取樣。(3)繼續(xù)鉆進(jìn)接取煤樣，記錄取樣開始時(shí)間。在設(shè)計(jì)取樣深度內(nèi)接取煤樣后停止鉆進(jìn)，記錄取樣結(jié)束時(shí)間，同時(shí)記錄取樣深度。(4)若要對煤樣進(jìn)行篩分時(shí)，采樣人員立即用分樣篩把煤樣進(jìn)行篩分，然后分別裝入準(zhǔn)備好得煤樣罐里,記錄裝罐開始時(shí)間與各粒徑所對應(yīng)得煤樣罐編號;罐口

12、留1cm得空間,將罐口與墊片擦拭干凈,裝上罐蓋擰好螺絲,記錄裝罐結(jié)束時(shí)間。(5)關(guān)閉煤樣罐閥門,同時(shí)按下秒表,記錄解吸開始時(shí)間。將煤樣罐與秒表交給井下瓦斯含量自然解吸實(shí)驗(yàn)記錄人員。2、3、3穿層鉆孔打鉆取樣操作程序(1)準(zhǔn)備好采集煤樣得煤樣罐,記錄煤樣罐號,稱量空罐重量并記錄。(2)在設(shè)計(jì)鉆孔深度達(dá)到預(yù)計(jì)深度前5m,改為風(fēng)力排渣,鉆孔見煤時(shí)停止,并記錄見煤時(shí)間,同時(shí)記錄見煤深度、鉆孔傾角。然后安放好塑料桶準(zhǔn)備取樣。(3) 繼續(xù)鉆孔接取煤樣,記錄取樣開始時(shí)間。在設(shè)計(jì)取樣深度內(nèi)接取煤樣后停止鉆孔,記錄取樣結(jié)束時(shí)間,同時(shí)記錄取樣深度。(4) 若要對煤樣進(jìn)行篩分時(shí),采樣人員立即用分樣篩把煤樣進(jìn)行篩分,

13、然后分別裝入準(zhǔn)備好得煤樣罐里,記錄裝罐開始時(shí)間與各粒徑所對應(yīng)得煤樣罐編號;罐口留1cm得空間,將罐口與墊片擦拭干凈,裝上罐蓋擰好螺絲,記錄裝罐結(jié)束時(shí)間。(5) 關(guān)閉煤樣罐閥門,同時(shí)按下秒表,記錄解吸開始時(shí)間。將煤樣罐與秒表交給井下瓦斯含量自然解吸實(shí)驗(yàn)記錄人員。2、3、4井下煤樣解吸瓦斯測試記錄程序(1) 記錄人員應(yīng)事先將水罐充滿清水,準(zhǔn)備好記錄表格與筆。(2) 當(dāng)接到煤樣罐與秒表后,將煤樣罐得出氣口用膠管連接到水罐得出氣口,開始記錄初始水罐重量讀數(shù)。(3) 打開煤樣罐閥門,然后按秒表指示得分鐘整數(shù)時(shí)刻,每隔1分鐘讀數(shù),記錄排水得重量(g)與時(shí)刻(min)。(4) 連續(xù)觀察記錄60分鐘后,關(guān)閉煤樣罐閥門。(5) 將煤樣罐安全送到地面實(shí)驗(yàn)室。2、 4地面解吸瓦斯操作程序(1) 地面實(shí)驗(yàn)人員收到煤樣罐后,應(yīng)先測定煤樣罐得解析瓦斯壓力,檢查煤樣罐得氣密性,確認(rèn)不漏氣后,方可進(jìn)行地面解吸瓦斯實(shí)驗(yàn)。并事先將解吸儀得水瓶充滿清水,準(zhǔn)備好記錄表格與筆。(2) 將煤樣罐得出氣口用膠管連接到水瓶得出氣口,記錄初始水瓶讀數(shù)。(3) 打開煤樣罐閥門與秒表,然后按秒表指示得分鐘整數(shù)時(shí)刻,每隔1分鐘讀數(shù),記錄排水得體積(cm3)與時(shí)刻(min)。(4)連續(xù)觀察記錄60120分鐘，當(dāng)煤樣罐得出氣量小于1cm