第2講瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測定技術(shù)

1、內(nèi)容提要內(nèi)容提要第一節(jié)：煤層瓦斯含量測定第一節(jié)：煤層瓦斯含量測定第二節(jié)：煤層瓦斯壓力測定第二節(jié)：煤層瓦斯壓力測定第三節(jié)：煤層透氣性系數(shù)測定第三節(jié)：煤層透氣性系數(shù)測定第四節(jié)：煤的堅固性系數(shù)測定第四節(jié)：煤的堅固性系數(shù)測定第五節(jié)：煤的瓦斯放散指數(shù)測定第五節(jié)：煤的瓦斯放散指數(shù)測定第六節(jié)：煤對瓦斯吸附常數(shù)測定第六節(jié)：煤對瓦斯吸附常數(shù)測定第七節(jié)：煤與瓦斯突出預(yù)測指標(biāo)測定第七節(jié)：煤與瓦斯突出預(yù)測指標(biāo)測定第一節(jié)：煤層瓦斯含量測定第一節(jié)：煤層瓦斯含量測定xyXXXpnWAWebpabpXttnx07. 0993. 002. 010010031. 0111)(0，煤層瓦斯含量：煤層瓦斯含量：煤層賦存狀態(tài)下，單位質(zhì)

2、量（或體積）煤的微表煤層賦存狀態(tài)下，單位質(zhì)量（或體積）煤的微表面或基質(zhì)中吸附的瓦斯量與孔隙中的游離瓦斯量面或基質(zhì)中吸附的瓦斯量與孔隙中的游離瓦斯量之和，單位為之和，單位為 m3/m3，m3/t。00TppTVXpy4一、方法分類一、方法分類 方法分類方法分類 技術(shù)要點與技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)要點與技術(shù)關(guān)鍵直接直接測定法測定法簡接簡接測定法測定法技術(shù)要點：技術(shù)要點：根據(jù)根據(jù)瓦斯壓力瓦斯壓力、吸附常數(shù)（、吸附常數(shù)（a,b值）、煤質(zhì)參值）、煤質(zhì)參 數(shù)等，按照公式計算煤層瓦斯壓力的方法。數(shù)等，按照公式計算煤層瓦斯壓力的方法。技術(shù)關(guān)鍵：技術(shù)關(guān)鍵：各種基礎(chǔ)參數(shù)的準(zhǔn)確測定。各種基礎(chǔ)參數(shù)的準(zhǔn)確測定。技術(shù)要點：技術(shù)要點：

3、采用打鉆、采用打鉆、取鉆屑取鉆屑、測定瓦斯解吸規(guī)律、推、測定瓦斯解吸規(guī)律、推 算損失瓦斯量、真空抽氣測定殘存瓦斯量。算損失瓦斯量、真空抽氣測定殘存瓦斯量。技術(shù)關(guān)鍵：技術(shù)關(guān)鍵：取樣技術(shù)。取樣技術(shù)。GB/T 32250-2009 煤層瓦斯含量井下直接測定方法煤層瓦斯含量井下直接測定方法5二、術(shù)語及定義二、術(shù)語及定義1、殘存瓦斯量、殘存瓦斯量 residual gas content in coal seam 在常壓狀態(tài)下，煤樣解吸后殘留在煤樣中的瓦斯量2、損失瓦斯量、損失瓦斯量 Iosing gas content in coal seam 煤樣從暴露到開始測定解吸量期間所遺失的瓦斯量3、粉碎前脫

4、氣量、粉碎前脫氣量 negative pressure desorption gas content before comminution 在負(fù)壓狀態(tài)下，煤樣在粉碎前所解吸的瓦斯量4、粉碎后脫氣量、粉碎后脫氣量 negative pressure desorption gas content during comminution 在負(fù)壓狀態(tài)下，煤樣在球磨機中粉碎到80%以上的煤樣粒度小于0.25mm時所解吸的瓦斯量6二、術(shù)語及定義二、術(shù)語及定義5、粉碎前自然解吸瓦斯量、粉碎前自然解吸瓦斯量 natural desorption gas content before comminution 在常

5、壓狀態(tài)下，煤樣井下解吸后運送到實驗室粉碎前所解吸的瓦斯量。6、粉碎后自然解吸瓦斯量、粉碎后自然解吸瓦斯量 natural desorption gas content during comminution 在常壓狀態(tài)下，煤樣在粉碎機中粉碎到95%以上煤樣粒度小于0.25 mm時所解吸的瓦斯量。7三、相關(guān)儀器裝備三、相關(guān)儀器裝備8三、相關(guān)儀器裝備三、相關(guān)儀器裝備溫度計空盒氣壓計秒表煤樣罐穿刺針頭9三、相關(guān)儀器裝備三、相關(guān)儀器裝備CHP50M型煤層瓦斯含量快速測定儀型煤層瓦斯含量快速測定儀10四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸1）取芯鉆頭取煤芯）取芯鉆頭取煤芯2）普通實心鉆頭孔）普通實心

6、鉆頭孔口接樣口接樣1、采樣裝備、采樣裝備11四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸 1）裝樣時間在2min 內(nèi)完成； 2）自然接樣，不得壓實； 3）裝樣高度距罐口10mm； 4）確保罐口、“O”型圈清潔，無煤粒粘附； 5）先穿刺，后擰蓋； 6）擰蓋時保持罐豎直狀態(tài)； 7）解吸完畢后，上緊穿刺壓墊和煤樣罐蓋； 8）記錄采樣信息、時間等，貼標(biāo)簽。2、煤樣裝罐、煤樣裝罐 12四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸 1）初始水面提到0刻度； 2）定時記錄量管水面下降高度，連續(xù)觀測2h； 3）前5min內(nèi)，每0.51min記錄一次； 5min1h，視情況每25min記錄一次； 1h后，每20

7、30min記錄一次。 4）為避免送往實驗室期間罐內(nèi)壓力上升漏氣， 升井后在地面再解吸24h，只記總解吸量； 5）詳細(xì)記錄解吸時溫度、氣壓等參數(shù)。3、煤樣現(xiàn)場解吸、煤樣現(xiàn)場解吸 13四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸四、煤樣采取及現(xiàn)場解吸4、現(xiàn)場解吸記錄、現(xiàn)場解吸記錄 1）樣品編號：唯一性）樣品編號：唯一性2）采樣地點：礦、采區(qū)、工作面、巷）采樣地點：礦、采區(qū)、工作面、巷道（道（XXXX m處）處）3）鉆取深度：）鉆取深度：4）開始取樣時間：）開始取樣時間：5）開始解吸時間：）開始解吸時間：6）解吸時間）解吸時間累計解吸量累計解吸量7）解吸結(jié)束時間）解吸結(jié)束時間8）采樣過程描述）采樣過程描述9）采樣地點地質(zhì)

8、描述）采樣地點地質(zhì)描述10）采樣地點煤質(zhì)描述）采樣地點煤質(zhì)描述11）地面解吸時間）地面解吸時間總解吸量總解吸量14五、采樣過程瓦斯損失量推算五、采樣過程瓦斯損失量推算 在解吸最初一段時間內(nèi)，煤樣解吸瓦斯量與解吸時間的次方呈線性關(guān)系，通過該線性特征推算煤樣從煤體剝落到開始解吸時間段內(nèi)的損失瓦斯量。t1、 法法損失量時當(dāng)AVttBAV ,015五、采樣過程瓦斯損失量推算五、采樣過程瓦斯損失量推算 在解吸最初一段時間內(nèi)，煤樣解吸瓦斯速度與解吸時間 t 的呈-n次方（常數(shù)）的冪函數(shù)關(guān)系，如下式所示。 式中： qtt時間的瓦斯解吸速度， cm3/min； q0t=0時的瓦斯解吸速度，cm3/min； q

9、1t=1時的瓦斯解吸速度，cm3/min； t瓦斯解吸時間，min； n瓦斯解吸速度衰減系數(shù)，0n45的上向或下向測壓孔的上向或下向測壓孔優(yōu)點：優(yōu)點：操作簡單操作簡單 缺點：缺點：水泥砂漿具有一定收縮性水泥砂漿具有一定收縮性收縮線48二、直接測定方法二、直接測定方法3、聚氨酯封孔、聚氨酯封孔適用性：適用性：可用于任何角度的測壓孔可用于任何角度的測壓孔優(yōu)點：優(yōu)點：具有發(fā)泡膨脹性，充填效果好具有發(fā)泡膨脹性，充填效果好 缺點：缺點：造價高，操作難度較大造價高，操作難度較大軟膠囊聚氨酯式 麻布聚氨酯式 49二、直接測定方法二、直接測定方法黑白料配比 1：0.7 1：0.8 1：0.9 1：1.0 1：

10、1.1 1：1.2 1：1.3透氣壓力/ MPa 0.9 1.2 1.35 1.47 1.56 1.7 1.723、聚氨酯封孔、聚氨酯封孔配比 1：0.7 1：0.8 1：0.9 1：1.0 1：1.1 1：1.2 1：1.3膨脹倍數(shù) 5.0 6.4 7.2 8.5 9.0 8.2 7.5膨脹開始時間min 2 2 2.5 3 4 7 6不同配比聚氨酯膨脹倍數(shù)和膨脹時間不同配比聚氨酯透氣性能50二、直接測定方法二、直接測定方法4、機械式膠圈封孔器、機械式膠圈封孔器適用性：適用性：可用于任何角度的測壓孔可用于任何角度的測壓孔優(yōu)點：優(yōu)點：采用機械螺旋壓緊膠圈的方式，操作方便，設(shè)備簡單采用機械螺旋壓

11、緊膠圈的方式，操作方便，設(shè)備簡單 缺點：缺點：孔壁不光滑時，膠圈與孔壁接觸不嚴(yán)，易漏氣孔壁不光滑時，膠圈與孔壁接觸不嚴(yán)，易漏氣51二、直接測定方法二、直接測定方法5、充液式膠圈封孔器、充液式膠圈封孔器適用性：適用性：可用于任何角度的測壓孔可用于任何角度的測壓孔優(yōu)點：優(yōu)點：采用液壓的方式充漲膠囊，可采用手動加壓，操作方便，設(shè)備簡單。采用液壓的方式充漲膠囊，可采用手動加壓，操作方便，設(shè)備簡單。缺點：缺點：孔壁不光滑時，膠圈與孔壁接觸不嚴(yán)；孔壁變形后封孔器難以取出?？妆诓还饣瑫r，膠圈與孔壁接觸不嚴(yán)；孔壁變形后封孔器難以取出。52二、直接測定方法二、直接測定方法6、膠圈、膠圈-粘液封孔粘液封孔適用性：

12、適用性：可用于任何角度的測壓孔，裂隙發(fā)育可用于任何角度的測壓孔，裂隙發(fā)育優(yōu)點：優(yōu)點：可有效封堵圍巖裂隙，處于承壓狀態(tài)可有效封堵圍巖裂隙，處于承壓狀態(tài)缺點：缺點：孔壁鉆屑可導(dǎo)致膠囊密封漏氣孔壁鉆屑可導(dǎo)致膠囊密封漏氣53二、直接測定方法二、直接測定方法7、膠囊、膠囊-粘液封孔粘液封孔適用性：適用性：可用于任何角度的測壓孔，裂隙發(fā)育可用于任何角度的測壓孔，裂隙發(fā)育優(yōu)點：優(yōu)點：可有效封堵圍巖裂隙，處于承壓狀態(tài)可有效封堵圍巖裂隙，處于承壓狀態(tài)缺點：缺點：孔壁鉆屑可導(dǎo)致膠囊密封漏氣孔壁鉆屑可導(dǎo)致膠囊密封漏氣54二、直接測定方法二、直接測定方法7、囊?guī)椒饪灼?、囊?guī)椒饪灼鬟m用性：適用性：可用于任何角度的測

13、壓孔可用于任何角度的測壓孔優(yōu)點：優(yōu)點：囊袋及鉆孔內(nèi)漿液凝固，不用定時補壓，有效時間長囊袋及鉆孔內(nèi)漿液凝固，不用定時補壓，有效時間長 缺點：缺點：造價高，操作難度較大造價高，操作難度較大55三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)1）鉆孔設(shè)備：）鉆孔設(shè)備：鉆機，鉆機， 50-90mm；2）封孔設(shè)備：）封孔設(shè)備： a）泥漿泵：）泥漿泵：常用柱塞泥漿泵，流量：常用柱塞泥漿泵，流量：20-50L/min，壓力：，壓力：3-4MPa； b）壓氣注漿泵：）壓氣注漿泵：以井下壓風(fēng)為動力，一般不大于以井下壓風(fēng)為動力，一般不大于0.5MPa； c）手動注液泵：）手動注液泵：補償膠囊壓力，補償膠囊壓力，3

14、-8MPa； d）壓力補償裝置：）壓力補償裝置：高壓儲氣罐。高壓儲氣罐。3）封孔材料：）封孔材料： a）黃泥：）黃泥：將質(zhì)地致密可塑性好的黏土制成外部半干內(nèi)濕軟的黃泥；將質(zhì)地致密可塑性好的黏土制成外部半干內(nèi)濕軟的黃泥； b）水泥：）水泥：牌號不低于牌號不低于425號；號； c）粘液：）粘液：由化學(xué)糨糊粉（淀粉由化學(xué)糨糊粉（淀粉+防腐劑）：水防腐劑）：水=1:16，用于裂隙，用于裂隙 4mm；裂隙較大時應(yīng)加入填料和骨料。；裂隙較大時應(yīng)加入填料和骨料。1、用工具與材料、用工具與材料56三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)1、用工具與材料、用工具與材料4）測壓材料、議標(biāo)）測壓材料、議標(biāo)

15、a）壓力表：）壓力表：量程為預(yù)計煤層壓力的量程為預(yù)計煤層壓力的1.5倍，準(zhǔn)確度優(yōu)于倍，準(zhǔn)確度優(yōu)于1.5級；級； b）測壓管：）測壓管：鍍鋅管：鍍鋅管： 13mm；紫銅管：；紫銅管： 6mm1mm 。5）其他工具：）其他工具： 管鉗、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺絲刀、等管鉗、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺絲刀、等57三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)1）測定地點應(yīng)優(yōu)先選擇在）測定地點應(yīng)優(yōu)先選擇在石門石門或或巖巷巖巷中，選擇巖性致密的地中，選擇巖性致密的地點，且無點，且無斷層斷層、裂隙裂隙等等地質(zhì)構(gòu)造地質(zhì)構(gòu)造處布置測點，其瓦斯賦存處布置測點，其瓦斯賦存狀況要具有狀況要具有代表性代表性；2）

16、測壓鉆孔應(yīng)避開）測壓鉆孔應(yīng)避開含水層含水層、溶洞溶洞，并保證測壓鉆孔與其距離，并保證測壓鉆孔與其距離不小于不小于50m；3）對于測定煤層）對于測定煤層原始瓦斯壓力原始瓦斯壓力的測壓鉆孔應(yīng)的測壓鉆孔應(yīng)避開采動避開采動、瓦斯瓦斯抽采抽采及其他人為及其他人為卸壓影響卸壓影響范圍，并保證測壓鉆孔與其距離范圍，并保證測壓鉆孔與其距離不小于不小于50 m；4）對于需要測定煤層）對于需要測定煤層殘存瓦斯壓力殘存瓦斯壓力的測壓鉆孔則根據(jù)測壓目的測壓鉆孔則根據(jù)測壓目的的要求進(jìn)行測壓地點選擇；的的要求進(jìn)行測壓地點選擇；2、測壓地點的選擇、測壓地點的選擇58三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)5）選擇測

17、壓地點應(yīng)保證測壓鉆孔有足夠的）選擇測壓地點應(yīng)保證測壓鉆孔有足夠的封孔深度封孔深度(穿層測壓穿層測壓鉆孔的見煤點或順層測壓鉆孔的測壓氣室應(yīng)位于巷道的卸鉆孔的見煤點或順層測壓鉆孔的測壓氣室應(yīng)位于巷道的卸壓圈之外壓圈之外)，采用，采用注漿封孔注漿封孔的上向測壓鉆孔傾角應(yīng)的上向測壓鉆孔傾角應(yīng)不小于不小于5； 6）同一地點應(yīng)設(shè)置）同一地點應(yīng)設(shè)置兩個測壓鉆孔兩個測壓鉆孔，其終孔見煤點或測壓氣室，其終孔見煤點或測壓氣室應(yīng)在相互影響范之外，其距離應(yīng)應(yīng)在相互影響范之外，其距離應(yīng)不小于不小于20 m（石門測壓外（石門測壓外除）。石門揭煤瓦斯壓力測定鉆孔的布置按除）。石門揭煤瓦斯壓力測定鉆孔的布置按防止煤與瓦防止煤

18、與瓦斯突出規(guī)定斯突出規(guī)定的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；7）瓦斯壓力測定地點應(yīng)選擇在）瓦斯壓力測定地點應(yīng)選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少行人少且便于安設(shè)且便于安設(shè)保護柵欄的地方。保護柵欄的地方。2、測壓地點的選擇、測壓地點的選擇59三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)1）鉆孔）鉆孔直徑直徑宜為宜為65 95mm。鈷孔長度鈷孔長度應(yīng)保證測壓所需的應(yīng)保證測壓所需的封孔深度封孔深度;2）鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石（煤壁）鉆孔的開孔位置應(yīng)選在巖石（煤壁）完整完整的地點；的地點；3）鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整，穿層測壓鉆孔除特厚煤層外）鉆孔施工應(yīng)保證鉆孔平直、孔形完整，穿層測壓鉆孔除特厚煤

19、層外應(yīng)應(yīng)穿越全厚穿越全厚，對于，對于特厚煤層特厚煤層測壓，鉆孔應(yīng)測壓，鉆孔應(yīng)進(jìn)入煤層進(jìn)入煤層1.5m3.0m;4）鉆孔施工好后，應(yīng)立即用壓風(fēng)或清水）鉆孔施工好后，應(yīng)立即用壓風(fēng)或清水清洗清洗鉆孔，清除鉆屑，保障鉆鉆孔，清除鉆屑，保障鉆孔暢通；孔暢通；5）在鉆孔施工中應(yīng)）在鉆孔施工中應(yīng)準(zhǔn)確記錄準(zhǔn)確記錄鉆孔鉆孔方位方位、傾角傾角、長度長度、鉆孔開始、鉆孔開始見煤長見煤長度度及鉆孔在及鉆孔在煤層中的長度煤層中的長度，鉆孔，鉆孔開鉆時間開鉆時間、見煤時間見煤時間及及鉆畢時間鉆畢時間；6）鉆孔施工前應(yīng)制定詳細(xì)的）鉆孔施工前應(yīng)制定詳細(xì)的技術(shù)及安全措施技術(shù)及安全措施（包括測壓觀測期間所應(yīng)（包括測壓觀測期間所應(yīng)

20、采取的技術(shù)及安全措施）。采取的技術(shù)及安全措施）。3、測壓鉆孔施工、測壓鉆孔施工60三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)1）膠圈粘液封孔，封孔長度不小于）膠圈粘液封孔，封孔長度不小于10m;2）注漿封孔按下式計算：）注漿封孔按下式計算： L鉆孔深度；鉆孔深度； D鉆孔直徑；鉆孔直徑； 鉆孔傾角；鉆孔傾角； L1最小封孔深度最小封孔深度。|tanL11DL4、封孔深度、封孔深度61三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)穿層鉆孔測壓穿層鉆孔測壓 順層鉆孔測壓順層鉆孔測壓L1Rx; L112m.L1Rx; L112m.4、封孔深度、封孔深度62三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定

21、法的關(guān)鍵技術(shù)1）主動測壓法）主動測壓法1）測壓前，先向鉆孔內(nèi)注入補償氣體（）測壓前，先向鉆孔內(nèi)注入補償氣體（N2 or CO2），補償壓力應(yīng)為估計），補償壓力應(yīng)為估計煤層壓力的煤層壓力的0.5倍；倍；2）至少每班觀測一次壓力表；）至少每班觀測一次壓力表；3）P4MPa時，觀測時間一般為時，觀測時間一般為1020d；4）觀測的）觀測的P變化較大時，應(yīng)適當(dāng)縮短觀測間隔時間。變化較大時，應(yīng)適當(dāng)縮短觀測間隔時間。PtPt壓力恢復(fù)曲線壓力恢復(fù)曲線5、壓力測定、壓力測定補償壓力高于補償壓力高于或低于煤層瓦或低于煤層瓦斯壓力會有什斯壓力會有什么影響呢？么影響呢？補償壓力高于補償壓力高于或低于煤層瓦或低于煤層

22、瓦斯壓力會有什斯壓力會有什么影響呢？么影響呢？63三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)三、直接測定法的關(guān)鍵技術(shù)2）被動測壓）被動測壓1）無需壓力補償；）無需壓力補償；2）至少天班觀測一次壓力表；）至少天班觀測一次壓力表；3）觀測時間一般為）觀測時間一般為2030d；4）觀測的）觀測的P變化較大時，應(yīng)適當(dāng)縮短觀測間隔時間。變化較大時，應(yīng)適當(dāng)縮短觀測間隔時間。Pt壓力恢復(fù)曲線5、壓力測定、壓力測定P壓力恢復(fù)曲線ttP壓力恢復(fù)曲線水壓對煤層瓦斯壓水壓對煤層瓦斯壓力的影響？怎樣根力的影響？怎樣根據(jù)壓力恢復(fù)曲線判據(jù)壓力恢復(fù)曲線判斷是水壓還是瓦斯斷是水壓還是瓦斯壓力？壓力？641）3d內(nèi)測得的壓力變化內(nèi)測得的壓力變化

23、0.015MPa時，可認(rèn)為壓力平衡，停止測定；時，可認(rèn)為壓力平衡，停止測定；2）繪制壓力恢復(fù)曲線（）繪制壓力恢復(fù)曲線（t-P）；）；3）卸表時，先通過泄壓閥卸壓，以防高壓沖擊傷人；）卸表時，先通過泄壓閥卸壓，以防高壓沖擊傷人；4）放水。與含水層連通時，廢孔，按規(guī)定封孔；）放水。與含水層連通時，廢孔，按規(guī)定封孔； 未與含水層連通時，未與含水層連通時，水平和下向孔水平和下向孔不修正，不修正，上向孔上向孔可用下式修可用下式修正水的影響：正水的影響： a） V管管V水水 V管管+V室室時：時： b） V水水 V管管+V室室時：時： c） 0V水水1000m 可見孔、裂隙瓦斯層流、紊流混合滲透區(qū)2）煤層

24、裂隙和斷裂）煤層裂隙和斷裂 構(gòu)成了煤層宏觀孔隙，大大增加了煤層的透氣性。3）水分）水分 煤層注水后，中的孔隙被水分占據(jù)，阻礙煤層瓦斯流動，滲透率減小。 據(jù)現(xiàn)場測定經(jīng)驗，注水后煤層透氣性可降低到原來的1/10。71一、概述一、概述 2、煤層透氣性系數(shù)的影響因素、煤層透氣性系數(shù)的影響因素4）地應(yīng)力）地應(yīng)力 煤層地應(yīng)力越大，滲透性越小；煤層滲透率與承受壓力的關(guān)系：式中： K承壓煤層的滲透率，cm3； K0未承壓煤層滲透率，cm3； b經(jīng)驗常數(shù)，MPa-1； p 煤層承受的壓力，MPa。bpeKK072二、鉆孔徑向流量法基本假設(shè)二、鉆孔徑向流量法基本假設(shè)1）在鉆孔瓦斯流動范圍內(nèi)，煤層均質(zhì)且各向同性；）

25、在鉆孔瓦斯流動范圍內(nèi)，煤層均質(zhì)且各向同性；2）鉆孔直垂貫穿煤層（偏角）鉆孔直垂貫穿煤層（偏角 30），在瓦斯流場內(nèi)煤），在瓦斯流場內(nèi)煤厚不變；厚不變；3）煤層頂、底板不漏氣且不含瓦斯；）煤層頂、底板不漏氣且不含瓦斯；4）鉆孔前煤層瓦斯壓力為原始瓦斯壓力，鉆開后為大氣）鉆孔前煤層瓦斯壓力為原始瓦斯壓力，鉆開后為大氣壓；壓；5）瓦斯在煤層中流動符合達(dá)西定律。）瓦斯在煤層中流動符合達(dá)西定律。73三、鉆孔徑向流量法測定步驟三、鉆孔徑向流量法測定步驟 1、打鉆、封孔、確定排放初始時間、打鉆、封孔、確定排放初始時間t01）鉆孔盡量與煤層垂直；）鉆孔盡量與煤層垂直；2）孔徑：）孔徑：6595mm；3）記錄鉆

26、孔方位角、傾角及鉆孔在）記錄鉆孔方位角、傾角及鉆孔在煤中的長度；煤中的長度；4）記錄開鉆、見煤、過煤、成孔時）記錄開鉆、見煤、過煤、成孔時間；間；5）排放瓦斯初始時間計算：）排放瓦斯初始時間計算：20過煤見煤ttt74三、鉆孔徑向流量法測定步驟三、鉆孔徑向流量法測定步驟 2、上表、測定煤層瓦斯壓力、上表、測定煤層瓦斯壓力1）封孔材料凝固（水泥砂漿初凝）封孔材料凝固（水泥砂漿初凝24h）后方可上壓力表；）后方可上壓力表；2）上壓力表前先測瓦斯流量，記錄）上壓力表前先測瓦斯流量，記錄時間（年、月、日、時、分）；時間（年、月、日、時、分）；3）待表壓上升到穩(wěn)定的最高值后）待表壓上升到穩(wěn)定的最高值后

27、，方可進(jìn)行透氣性系數(shù)的測定；方可進(jìn)行透氣性系數(shù)的測定；75三、鉆孔徑向流量法測定步驟三、鉆孔徑向流量法測定步驟 3、卸表、測定鉆孔瓦斯流量、卸表、測定鉆孔瓦斯流量1）為確保卸壓力表安全，應(yīng)使用帶有排氣孔的壓力表接頭；）為確保卸壓力表安全，應(yīng)使用帶有排氣孔的壓力表接頭；2）間隔一定時間測定一次鉆孔瓦斯流量，記錄號測定時間（年、）間隔一定時間測定一次鉆孔瓦斯流量，記錄號測定時間（年、月、日、時、分）月、日、時、分） ；3）流量測定：根據(jù)流量大小可選用煤氣表、孔板流量計、浮子流）流量測定：根據(jù)流量大小可選用煤氣表、孔板流量計、浮子流量計、解吸儀等。量計、解吸儀等。76四、鉆孔徑向流量法計算步驟四、鉆

28、孔徑向流量法計算步驟 1、計算公式、計算公式流 量準(zhǔn) 數(shù)A時 間 準(zhǔn) 數(shù)系數(shù)a指數(shù)b煤層透氣性系數(shù)常數(shù)A常數(shù)B10-2111010102102103103105105107110.930.5880.5120.344-0.38-0.28-0.20-0.12-0.10-0.065BF 0AYaFYb021201ppqrA215 . 104rpB4 .14/ 107. 19/ 111. 13 . 7/ 114. 125. 025. 156. 2/ 139. 164. 1 / 161. 114. 31 . 283. 11 . 1BABABABABABA77四、鉆孔徑向流量法計算步驟四、鉆孔徑向流量法計

29、算步驟 2、計算步驟、計算步驟試算法試算法LrQq121）計算）計算q：215 . 10212014rptBpprqA，2）求）求A、B值：值：3）求）求：選任意公式計算選任意公式計算4）校驗：）校驗：F0在所選在所選公式公式對應(yīng)的對應(yīng)的F0范圍內(nèi)范圍內(nèi)F0=B 根據(jù)根據(jù)F0重新選擇重新選擇公式公式計算結(jié)果正確計算結(jié)果正確YesNoq:鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量，鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量，m3/m2.d78四、鉆孔徑向流量法計算步驟四、鉆孔徑向流量法計算步驟 3、例子、例子例 某煤層實測瓦斯壓力p0=4MPa，瓦斯含量系數(shù)=13.27 m3/m3MPa0.5，煤層厚度（鉆孔見煤長度）L=3.5m

30、，鉆孔半徑r1=0.05m，卸壓至測定瓦斯流量的時間t=44d，鉆孔瓦斯流量Q=1.77m3/d，卸壓后鉆孔瓦斯壓力p1=0.1MPa，試求煤層透氣性系數(shù)。1）求鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量q：）（dmm1.61.5m3m5.004.132dm7.7122331LrQq79四、鉆孔徑向流量法計算步驟四、鉆孔徑向流量法計算步驟 3、例子、例子2）求A、B常數(shù)：3）試求： 由于排放時間較長，選用較大的F0對應(yīng)的公式計算。 經(jīng)驗證， 2計算的F0在其公式對應(yīng)的范圍內(nèi)，為正確值。.6424410.0513.27.104444103.05.104m5.001.612.51215 . 1032221201rp

31、tBpprqA4 .818 193.001 . 2 :10106 .801 188.0083. 1 :10106 .897 212.001 . 1 :1010011. 13530014. 12320025. 025. 1120913 . 71BFBAFBFBAFBFBAF，第四節(jié)：煤的堅固性系數(shù)測定第四節(jié)：煤的堅固性系數(shù)測定 落錘法落錘法 81一、落錘法測定原理一、落錘法測定原理 建立在脆性材料破碎遵循建立在脆性材料破碎遵循面積力能說面積力能說的基礎(chǔ)上。的基礎(chǔ)上。這個學(xué)說是雷延智在這個學(xué)說是雷延智在1867年提出來的，他認(rèn)為年提出來的，他認(rèn)為“破碎所破碎所消耗的功消耗的功(A)與破碎物料所增加

32、的表面積與破碎物料所增加的表面積(S)的次方的次方成正比成正比”即即 以單位重量物料所增加的表面積而論，則表面積與以單位重量物料所增加的表面積而論，則表面積與粒子的直徑粒子的直徑D成反比成反比DDDS132nSA)(82一、落錘法測定原理一、落錘法測定原理 設(shè)設(shè)Dq與與Dh分別表示物料破碎前后的平均尺寸，則面分別表示物料破碎前后的平均尺寸，則面積就可以用下式表示：積就可以用下式表示：式中：式中：K比例常數(shù)，與物料的強度比例常數(shù)，與物料的強度(堅固性堅固性)有關(guān)。有關(guān)。 i 破碎比，破碎比，i1。 從上式可知，當(dāng)破碎功從上式可知，當(dāng)破碎功A與破碎前的物料平均直徑與破碎前的物料平均直徑為一定值時，

33、與物料堅固性有關(guān)的常數(shù)為一定值時，與物料堅固性有關(guān)的常數(shù)K與破碎比有關(guān)，與破碎比有關(guān)，即破碎比即破碎比 i 越大，越大，K值越小，反之亦然。值越小，反之亦然。1iDAKqqhDDKA11hqDDi 83一、落錘法測定原理一、落錘法測定原理 綜合上述：綜合上述： 與煤破碎程度有關(guān)的參數(shù)：與煤破碎程度有關(guān)的參數(shù)： 1） 破碎功破碎功A 2） 煤的堅固性，用系數(shù)煤的堅固性，用系數(shù)K反映反映 煤破碎程度：煤破碎程度： 用破碎比用破碎比i描述。描述。 對于煤來說，我們將破碎功固定（重錘質(zhì)量、抬升對于煤來說，我們將破碎功固定（重錘質(zhì)量、抬升高度、沖擊次數(shù)），則破碎比高度、沖擊次數(shù)），則破碎比i就反映了煤的

34、堅固性。就反映了煤的堅固性。 i 可以用破碎后某粒度所占比例描述?？梢杂闷扑楹竽沉６人急壤枋觥?4二、測定方法和步驟二、測定方法和步驟搗碎筒，計量筒，分樣篩搗碎筒，計量筒，分樣篩(孔徑孔徑20mm、30mm和和0.5mm個個)，天平，天平(最大稱量最大稱量1000g，感量感量0.5g)，小錘、漏斗、容器。，小錘、漏斗、容器。 1、儀器設(shè)備及用具、儀器設(shè)備及用具85二、測定方法和步驟二、測定方法和步驟1) 沿新暴露的煤層厚度的上、中、下部各采取塊度為沿新暴露的煤層厚度的上、中、下部各采取塊度為10cm左右的左右的煤樣兩塊，在地面打鉆取樣時應(yīng)沿煤層厚度的上、中、下部各采煤樣兩塊，在地面打鉆取樣

35、時應(yīng)沿煤層厚度的上、中、下部各采取塊度為取塊度為10cm的煤芯兩塊。煤樣采出后應(yīng)及時用紙包上并浸蠟的煤芯兩塊。煤樣采出后應(yīng)及時用紙包上并浸蠟封固封固(或用塑料袋包嚴(yán)或用塑料袋包嚴(yán))，以免風(fēng)化；，以免風(fēng)化；2) 煤樣要附有標(biāo)簽，注明采樣地點、層位、時間等；煤樣要附有標(biāo)簽，注明采樣地點、層位、時間等；3) 在煤樣攜帶、運送過程中應(yīng)注意不得摔碰；在煤樣攜帶、運送過程中應(yīng)注意不得摔碰；4) 把煤樣用小錘碎制成把煤樣用小錘碎制成2030mm的小塊，用孔徑為的小塊，用孔徑為20或或30mm的的篩子篩選；篩子篩選；5) 稱取制備好的試樣稱取制備好的試樣50g為一份，每為一份，每5份為一組，共稱為取三組。份為

36、一組，共稱為取三組。 2、采樣與制樣、采樣與制樣86二、測定方法和步驟二、測定方法和步驟1) 將搗碎筒放置在水泥地板或?qū)v碎筒放置在水泥地板或2cm厚的鐵板上，放入試樣一份，將厚的鐵板上，放入試樣一份，將2.4kg重錘提高到重錘提高到600mm高度，使其自由落下沖擊試樣，每份沖高度，使其自由落下沖擊試樣，每份沖擊擊3次，把次，把5份搗碎后的試樣裝在同一容器中：份搗碎后的試樣裝在同一容器中：2) 把每組把每組(5份份)搗碎后的試樣一起倒入孔徑搗碎后的試樣一起倒入孔徑0.5mm分樣篩中篩分，篩分樣篩中篩分，篩至不再漏下煤粉為止；至不再漏下煤粉為止；3) 把篩下的粉末用漏斗裝入計量筒內(nèi)，輕輕敲打使之

37、密實，然后輕把篩下的粉末用漏斗裝入計量筒內(nèi)，輕輕敲打使之密實，然后輕輕插入具有刻度的活塞尺與筒內(nèi)粉末面接觸。在計量筒口相平處輕插入具有刻度的活塞尺與筒內(nèi)粉末面接觸。在計量筒口相平處讀取數(shù)讀取數(shù)l(即粉末在計量筒內(nèi)實際測量高度，讀至毫米即粉末在計量筒內(nèi)實際測量高度，讀至毫米)。 當(dāng)當(dāng)l30mm時，沖擊次數(shù)時，沖擊次數(shù)n，即可定為，即可定為3次，按以上步驟繼續(xù)進(jìn)行其次，按以上步驟繼續(xù)進(jìn)行其他各組的測定。他各組的測定。 當(dāng)當(dāng)l30mm時，第一組試樣作廢，每份試樣沖擊次數(shù)時，第一組試樣作廢，每份試樣沖擊次數(shù)n改為改為5次，按次，按以上步驟進(jìn)行沖擊、篩分和測量，仍以每以上步驟進(jìn)行沖擊、篩分和測量，仍以每

38、5份作一組，測定高度份作一組，測定高度l。 3、測定步驟、測定步驟87二、測定方法和步驟二、測定方法和步驟 堅固性系數(shù)按下式計算堅固性系數(shù)按下式計算 f = 20n/l式中式中 f 堅固性系數(shù)堅固性系數(shù); n 每份試樣沖擊次數(shù)，次每份試樣沖擊次數(shù)，次; l 每組試樣篩下煤粉的計量高度，每組試樣篩下煤粉的計量高度，mm。 測定平行樣測定平行樣3組組(每組每組5份份)，取算數(shù)平均值，計算結(jié)果取一位小數(shù)。，取算數(shù)平均值，計算結(jié)果取一位小數(shù)。 4、堅固性系數(shù)的計算、堅固性系數(shù)的計算88二、測定方法和步驟二、測定方法和步驟 如果取得的煤樣粒度達(dá)不到測定如果取得的煤樣粒度達(dá)不到測定 f 值所要求粒度值所要

39、求粒度(2030mm)，可采取粒度為可采取粒度為13mm的煤樣按上述要求進(jìn)行測定，并按下式換的煤樣按上述要求進(jìn)行測定，并按下式換算：算： 當(dāng)當(dāng) f1-30.25時，時，f =1.57 f1-3-0.14 當(dāng)當(dāng) f1-30.25時，時，f = f1-3 式中式中f1-3-粒度為粒度為1-3mm時煤樣的堅固性系數(shù)。時煤樣的堅固性系數(shù)。 5、軟煤堅固性系數(shù)的確定、軟煤堅固性系數(shù)的確定第五節(jié)：煤的瓦斯放散指數(shù)測定第五節(jié)：煤的瓦斯放散指數(shù)測定執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：AQ 1080-2009 煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)（p）測定方法）測定方法定義：定義： 3.5g3.5g規(guī)定粒度的煤樣在規(guī)

40、定粒度的煤樣在0.1MPa0.1MPa下吸附瓦斯后，向固定下吸附瓦斯后，向固定真空空間釋放時，用真空空間釋放時，用p p（mmHgmmHg）表示的）表示的10s-50s10s-50s時間內(nèi)時間內(nèi)釋放的瓦斯量指標(biāo)。釋放的瓦斯量指標(biāo)。90一、儀器設(shè)備及用具一、儀器設(shè)備及用具 p測定儀，真空泵，甲烷瓶測定儀，真空泵，甲烷瓶(濃度大于濃度大于95)，分樣篩，分樣篩(孔徑孔徑0.2、0.25mm各一個各一個)，天平，天平(最大稱量最大稱量250g，感量，感量0.5g)，小錘，漏斗。，小錘，漏斗。91一、儀器設(shè)備及用具一、儀器設(shè)備及用具變?nèi)葑儔菏阶內(nèi)葑儔菏阶內(nèi)葑儔菏阶內(nèi)葑儔菏焦潭臻g試樣瓶三通閥U型汞柱計

41、壓力傳感器試樣瓶固定空間p p測定儀器原理圖測定儀器原理圖92二、二、采樣與制樣采樣與制樣在煤層新暴露面上采取煤樣在煤層新暴露面上采取煤樣250g，地面打鉆取樣時取新，地面打鉆取樣時取新鮮煤芯鮮煤芯250g。煤樣要附有標(biāo)簽，注明采樣地點、層位、采。煤樣要附有標(biāo)簽，注明采樣地點、層位、采樣時間等。樣時間等。 1、采樣、采樣 將所采煤樣進(jìn)行粉碎，篩分出粒度為將所采煤樣進(jìn)行粉碎，篩分出粒度為0.20.25mm的煤的煤樣。每一煤樣取樣。每一煤樣取2個試樣，每個試樣重個試樣，每個試樣重3.5g。 2、制樣、制樣93三、三、測定步驟測定步驟 1) 把把2個試樣用漏斗分別裝入個試樣用漏斗分別裝入p測定儀的測

42、定儀的2個試樣瓶中個試樣瓶中;2) 啟動真空泵對試樣脫氣啟動真空泵對試樣脫氣1.5h；3) 脫氣脫氣1.5h后關(guān)閉真空泵，將甲烷瓶與試樣瓶連接，充氣后關(guān)閉真空泵，將甲烷瓶與試樣瓶連接，充氣(充氣壓力充氣壓力0.1MPa)使煤樣吸附瓦斯使煤樣吸附瓦斯1.5h；4) 關(guān)閉試樣瓶和甲烷瓶閥門，使試樣瓶與甲烷瓶隔離；關(guān)閉試樣瓶和甲烷瓶閥門，使試樣瓶與甲烷瓶隔離；5) 開動真空泵對儀器管道死空間進(jìn)行脫氣，使開動真空泵對儀器管道死空間進(jìn)行脫氣，使U型管汞真空計兩端汞型管汞真空計兩端汞面相平；面相平；6) 停止真空泵，關(guān)閉儀器死空間通往真空泵的閥門，打開試樣瓶的停止真空泵，關(guān)閉儀器死空間通往真空泵的閥門，打

43、開試樣瓶的閥門，使煤樣瓶與儀器被抽空的死空間相連并同時啟動秒表計時，閥門，使煤樣瓶與儀器被抽空的死空間相連并同時啟動秒表計時，10s時關(guān)閉閥門，讀出汞柱計兩端汞柱差時關(guān)閉閥門，讀出汞柱計兩端汞柱差p1(mm)，45s時再打開閥時再打開閥門，門，60s時關(guān)閉閥門，再一次讀出汞柱計兩端差時關(guān)閉閥門，再一次讀出汞柱計兩端差p2(mm)；94三、三、測定步驟測定步驟 p210s：p195四、四、瓦斯放散初速度指標(biāo)的計算瓦斯放散初速度指標(biāo)的計算 1) 瓦斯放散初速度指標(biāo)按下式計算瓦斯放散初速度指標(biāo)按下式計算 p=p2-p12) 同一煤樣的兩個試樣測出同一煤樣的兩個試樣測出p值之差不應(yīng)大于值之差不應(yīng)大于1

44、，否，否則需要重新進(jìn)行測定。則需要重新進(jìn)行測定。第六節(jié)：煤對瓦斯吸附常數(shù)測定第六節(jié)：煤對瓦斯吸附常數(shù)測定GBT 195602008 煤的高壓等溫吸附試驗方法煤的高壓等溫吸附試驗方法（代替（代替GBT 19560 2004） a，b值值 97一、煤對一、煤對瓦斯的等溫吸附規(guī)律瓦斯的等溫吸附規(guī)律 bpabpV1Langumir吸附方程：當(dāng)當(dāng)1bp時，時，V=abp，線性，線性當(dāng)當(dāng)112h，記錄參數(shù)。，記錄參數(shù)。老標(biāo)準(zhǔn)要求7h。107六、六、相關(guān)計算相關(guān)計算1、煤樣體積計算、煤樣體積計算式中：Vs煤樣的體積，(cm3)； p1 平衡后壓力，(MPa)；p2參考缸初始壓力，(MPa)； p3樣品缸初始

45、壓力，(MPa)；n 平衡后溫度， (K)； T2參考缸初始溫度，(K)；T3樣品缸初始溫度，(K)； V1系統(tǒng)總體積，(cm3)；V2參考缸體積，(cm3)； V3樣品缸體積，(cm3)；Zl平衡條件下氣體的壓縮因子； Z2參考缸初始?xì)怏w壓縮因子；Z3樣品缸初始?xì)怏w的壓縮因子。108六、六、相關(guān)計算相關(guān)計算sfVVV02、自由空間體積計算、自由空間體積計算式中： Vf自由空間體積，(cm3)； V0樣品缸總體積，(cm3)； Vs煤樣的體積，(cm3)。109六、六、相關(guān)計算相關(guān)計算10004 .22iinViiiiiRTZVPnnZRTPV 21nnni3、各點吸附量、各點吸附量式中： n

46、i氣體的摩爾數(shù)，(mol)； nl平衡前樣品缸內(nèi)氣體的摩爾數(shù)，(mol)； n2平衡后樣品缸內(nèi)氣體的摩爾數(shù)，(mol)； Vi吸附氣體的總體積，(cm3)； Gc煤樣質(zhì)量，(g)。吸附摩爾數(shù)：ciGVV/吸附量吸附體積：吸附量：110六、六、相關(guān)計算相關(guān)計算4、吸附常數(shù)計算、吸附常數(shù)計算bpabpVpppVVVpVpVpLPLbVLLLLL1 1,a式中： p 氣體壓力，(MPa)； V 在壓力p條件下吸附量，(cm3/g)； VL最大吸附容量，又稱Langmuir體積，(cm3/g)； pLLangmuir壓力，(MPa)。 a 吸附常數(shù)，表示最大吸附量，(cm3/g)； b 吸附常數(shù)，1/

47、PL，(MPa-1)。111六、六、相關(guān)計算相關(guān)計算5、等溫吸附性繪制、等溫吸附性繪制bpabpVpppVVVpVpVpLPLbVLLLLL1 1,a對對Langmuir方程的線性化處理：方程的線性化處理：ApBVpVpVpVpLLLVpBVALLL,1pABVppaabVpbpabpVabBaA111,111111Langmuir方程經(jīng)典Langmuir方程怎么求得怎么求得a，b值呢？值呢？112六、六、相關(guān)計算相關(guān)計算5、等溫吸附性繪制、等溫吸附性繪制68. 10145. 00243. 0115.410243. 0111111BAaBbAa，bpabpV1A1B1第七節(jié)：煤與瓦斯突出預(yù)測指

48、標(biāo)測定第七節(jié)：煤與瓦斯突出預(yù)測指標(biāo)測定h2、K1、q、S114一、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)一、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)h2 1、 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)h2h2：表示一定質(zhì)量的鉆屑在特定時間內(nèi)瓦斯解吸量大小的指標(biāo)。鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)h2Pa鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1（mL/gmin0.5 ）鉆屑量 S（kg/m）（L/m）2000.565.4115一、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)一、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)h2煤破壞類型越煤破壞類型越高，高， h2h2越大越大 2、 h2與突出危險性的關(guān)系與突出危險性的關(guān)系不同破壞類型煤不同破壞類型煤h2隨時間的變化關(guān)系隨時間的變化關(guān)系1,2,3,4,5-分別為,類煤010203010203040t/minh2/mm116一、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)一、鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)h2突出煤的突出煤的h2h2