煤层瓦斯含量直接测定方法.docx
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煤层瓦斯含量直接测定方法
2煤层瓦斯含量直接测定方法
2、1国内外概况
直接测定煤层瓦斯含量方法最初就是由法国贝尔塔等人在1970年提出,主要用来估算井下水平钻孔煤芯得含气量。
1973年美国矿业局将贝尔塔方法进行了改进,用于地面垂直钻井取芯得瓦斯含量测定,并规范采样操作过程。
因此,该方法又称为美国矿业局直接法,并得到推广应用。
国内直接法测定煤层瓦斯含量技术方法沿用了美国矿业局直接法,采用了真空残余脱气方法（沈阳分院）,但带来不可控得漏气误差。
重庆分院研发人员在实验室内进行了1000多组不同粒径与吸附平衡压力得煤样瓦斯解吸规律实验,得到了煤样破坏类型与解吸特征,开发了DGC型瓦斯含量直接测定装置,见图1。
但对含水煤样得瓦斯解吸规律缺乏深入得实验研究。
图1重庆分院DGC型瓦斯含量直接测定装置
2010～2012年中国矿业大学在做淮南矿区瓦斯项目时,通过大量现场解吸实
验,得到原始煤层水分条件下得钻孔煤屑瓦斯解吸
2小时以内得规律
创立了全钻
孔全煤芯取样解吸瓦斯实验技术
用于直接测定煤层瓦斯含量与瓦斯压力
见图
2。
图2中国矿业大学瓦斯含量直接测定装置与在线分析气体成分分析系统
2、2测定方法
煤层瓦斯含量直接测定法依据国家标准GB/T232502009煤层瓦斯含量井下直接测定方法。
直接、准确测定煤层瓦斯含量,用于矿井采掘部署、开拓延伸设
计、煤层瓦斯赋存规律、瓦斯涌出量预测、瓦斯抽采效果评价、煤层气资源评价、突出危险性区域预测及区域验证等方面。
煤层瓦斯含量直接测定法中瓦斯含量由5部分组成:
煤样损失瓦斯量X0、井
下解吸瓦斯量X1、煤样粉碎前解吸瓦斯量X2、煤样粉碎后解吸瓦斯量X3、大气压
下不可解吸瓦斯量X4。
煤样损失瓦斯量为煤体暴露至装入煤样罐损失得解吸瓦斯量。
不可解吸瓦斯量为大气压下煤样粉碎后仍残存在煤体中得瓦斯量,常压下不
可解,对突出没有贡献,也无法抽采利用。
2、2、1煤样损失瓦斯量
重庆分院采用测定煤样初始解吸速度、损失时间,采用瓦斯解吸速度模型推算得到。
中国矿业大学根据原始煤层水分条件下得钻孔煤屑瓦斯解吸规律,采用
30～60分钟得解吸量、损失时间,应用瓦斯解吸量模型推算得到,单位煤重得解
吸瓦斯量X0=/G。
有效地消除了速度误差。
解吸时间2小时以内得解吸实验方程
为:
式中:
—t时刻得实际瓦斯解吸量,,;
—t时刻得井下测定得瓦斯解吸量,;
—井下损失瓦斯量,;
—瓦斯解吸时间,,;
—损失时间（煤样暴露时间）,;
—测定时间,;
G—解吸煤样重量,g。
瓦斯解吸速度方程为:
—时刻得瓦斯解吸速度,;
—时得初始瓦斯解吸速度,;
煤得损失瓦斯量也可以用Excel表得做图与数据处理程序得到。
2、2、2井下解吸瓦斯量
采用排水集气法测定瓦斯量。
采取得煤样装入煤样罐后,将煤样罐与水量筒连接好,每隔每隔1分钟记录量管重量读数及测定时间,连续观测30～60min或解吸量小于1g（cm3/min）,将观测结果填写到记录表中,得到井下解吸瓦斯量。
单位煤重得解吸瓦斯量X1=/G。
2、2、3煤样粉碎前解吸瓦斯量
采用排水集气法测定瓦斯量。
井下送交地面实验室得煤样罐检查气密性确认
不漏气后,将煤样罐得出气口用胶管连接到量筒得进气口,打开煤样罐阀门与秒
表,每隔1分钟记录排水得体积（cm3）与时刻（min）。
连续观察记录30～60min左
3
右,当煤样罐得出气量小于2cm/min时,得到煤样粉碎前解吸瓦斯量。
单位煤重
得粉碎前解吸瓦斯量
X2=/G。
2、2、4煤样粉碎时得解吸瓦斯量
采用排水集气法测定瓦斯量。
当煤样罐得出气量小于
1cm3/min
时,快速打
开煤样罐盖,取出煤样200g称重,精确到0、1g,装入粉碎机得容器内。
将容器放
在粉碎机上,盖上粉碎机得盖子,并拧紧压盖。
将粉碎机得出气胶管与水瓶得进气口连接好。
记录初始水瓶读数。
打开粉碎机得开关与秒表,粉碎3～5分钟,每隔5分钟读数,记录排水得体积（cm3）与时刻（min）。
直至解吸停止。
得到煤样粉碎后解吸瓦斯量。
单位煤重得粉碎后解吸瓦斯量X3=/200。
2、2、5不可解吸瓦斯量
大气压下煤样不可解吸瓦斯含量,一般采用等温吸附试验常数a、b值计算得
到:
式中:
—煤在标准大气压下得不可解吸瓦斯量,;
—吸附常数,;
—吸附常数,;
—煤中水分含量,;
—煤中灰分含量,;
—煤得孔隙容积,;
—煤得真密度,。
2、3钻孔煤样井下解吸瓦斯量测定程序
2、3、1井下解吸瓦斯实验方法
参照煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250—2009）与地质勘探时期
煤层瓦斯含量测定方法,采用改进得钻孔全煤芯解吸瓦斯量测定方法,见图3。
井
下自然解吸瓦斯量采用解吸称量仪测定。
煤样罐通过排气管与解吸称量仪得水量
罐连接后,随即有从煤样泄出得瓦斯进入水量罐,用排水称重法将瓦斯收集在水
量罐内。
实验准备工作
1）所有用于取样得煤样罐在使用前必须进行气密性检测;气密性检测可通过向煤样罐内注空气至表压1、0MPa,关闭后搁置12h,压力不降方可使用。
2）解吸仪在使用之前,将水量罐注满水,放置在电子称上,电子称读数±1g
为合格。
煤样采集
1）采样钻孔布置:
同一地点至少应布置两个取样钻孔,间距不小于5m。
2）采样方式:
在未经过瓦斯抽采得石门、岩石巷道或新暴露得采掘工作面向煤层打钻,定点取样采集煤芯,采集煤芯时一次取芯长度应不小于0、4m。
3）采样深度:
采样深度应超过钻孔施工地点巷道得影响范围,并满足以下要
求:
在采掘工作面取样时,采样深度应根据采掘工作面得暴露时间来确定,但不得小于12m;在石门或岩石巷道采样时,距煤层得垂直距离应视岩性而定,但不得小于5m。
测定残余瓦斯含量时,取样不受此限制。
4）采样时间:
采样时间就是指用于瓦斯含量测定得煤样从割芯（或钻进）到被装入煤样罐密封所用得实际时间。
采样时间越短越好,一般不超过10min。
5）取出煤样后,保持自然状态装入密封罐中,不可压实,罐口保留约10mm空
隙。
6）煤样罐密封前,应将所有容器罐得阀门打开,并用软胶管连接煤样罐与水量罐,水量罐应置于电子称上。
用扳手拧紧罐盖,按下秒表,开始测定瓦斯解吸量。
7）参数记录:
采样时,应同时收集以下有关参数记录在附表中。
主要包括:
a）地质参数:
取样地点、煤层名称、埋深（地面标高、煤层底板标高）、采样
深度、钻孔方位、钻孔倾角;
b）时间参数:
采样日期、取芯（屑）开始时间、取芯（屑）结束时间、煤样装罐结束时间、开始解吸时间等;
c）样品参数:
罐号、样品编号。
井下自然解吸瓦斯量测定实验步骤
1）煤样罐通过排气管5与解吸称量仪连接后,随即有从煤样泄出得瓦斯进入量管,用排水称重法将瓦斯收集在水量罐内。
2）每间隔一定时间记录电子称读数t、g（1g=1cm3）及测定时间T,连续
3
观测60～120min或解吸量小于2cm/min为止。
开始观测前30min内,间隔1
min,以后每隔（2～5）min读数一次;同时记录气温、水温及大气压力。
3）如果水量罐体积不足以容纳60min内从煤样泄出得全部瓦斯,可交替使用2个水量罐得水重,连续称重观测。
4）如果在解吸称量仪观测中没有瓦斯泄出,应当检查排气管及煤样罐就是否堵塞。
如果没有堵塞,则就是瓦斯含量过小所至,此时,即可终止观测,送实验室测定。
5）观测结束后,关闭煤样罐得阀门。
将压紧螺丝稍加拧紧。
6）煤样罐密封运到井上后,要进行试漏,将煤样罐沉入清水中,仔细观察
5min,检查有无气泡冒出。
如果发现有气泡渗出,则要更换煤样罐或胶垫重新取
样。
如不漏气,可以送实验室继续进行实验,测定残存瓦斯含量。
图3称重法测量煤样解吸瓦斯量原理图
2、3、2顺层钻孔打钻取样操作程序
（1）准备好所要用来采集煤样得煤样罐,记录煤样罐号,称量空罐质量并记
录。
（2）在设计钻孔位置开始钻孔,风力排渣,孔深达到预计深度时停止,并记录见煤时间,同时记录见煤深度、钻孔倾角。
然后安放好塑料桶准备取样。
（3）继续钻进接取煤样,记录取样开始时间。
在设计取样深度内接取煤样后停止钻进,记录取样结束时间,同时记录取样深度。
（4）若要对煤样进行筛分时,采样人员立即用分样筛把煤样进行筛分,然后分
别装入准备好得煤样罐里,记录装罐开始时间与各粒径所对应得煤样罐编号;罐口留1cm得空间,将罐口与垫片擦拭干净,装上罐盖拧好螺丝,记录装罐结束时间。
（5）关闭煤样罐阀门,同时按下秒表,记录解吸开始时间。
将煤样罐与秒表交给井下瓦斯含量自然解吸实验记录人员。
2、3、3穿层钻孔打钻取样操作程序
（1）准备好采集煤样得煤样罐,记录煤样罐号,称量空罐重量并记录。
（2）在设计钻孔深度达到预计深度前5m,改为风力排渣,钻孔见煤时停止,并记录见煤时间,同时记录见煤深度、钻孔倾角。
然后安放好塑料桶准备取样。
（3）继续钻孔接取煤样,记录取样开始时间。
在设计取样深度内接取煤样后停止钻孔,记录取样结束时间,同时记录取样深度。
（4）若要对煤样进行筛分时,采样人员立即用分样筛把煤样进行筛分,然后分别装入准备好得煤样罐里,记录装罐开始时间与各粒径所对应得煤样罐编号;罐口留1cm得空间,将罐口与垫片擦拭干净,装上罐盖拧好螺丝,记录装罐结束时间。
（5）关闭煤样罐阀门,同时按下秒表,记录解吸开始时间。
将煤样罐与秒表交给井下瓦斯含量自然解吸实验记录人员。
2、3、4井下煤样解吸瓦斯测试记录程序
（1）记录人员应事先将水罐充满清水,准备好记录表格与笔。
（2）当接到煤样罐与秒表后,将煤样罐得出气口用胶管连接到水罐得出气口,
开始记录初始水罐重量读数。
（3）打开煤样罐阀门,然后按秒表指示得分钟整数时刻,每隔1分钟读数,记录排水得重量（g）与时刻（min）。
（4）连续观察记录60分钟后,关闭煤样罐阀门。
（5）将煤样罐安全送到地面实验室。
2、4地面解吸瓦斯操作程序
（1）地面实验人员收到煤样罐后,应先测定煤样罐得解析瓦斯压力,检查煤样
罐得气密性,确认不漏气后,方可进行地面解吸瓦斯实验。
并事先将解吸仪得水瓶
充满清水,准备好记录表格与笔。
（2）将煤样罐得出气口用胶管连接到水瓶得出气口,记录初始水瓶读数。
（3）打开煤样罐阀门与秒表,然后按秒表指示得分钟整数时刻,每隔1分钟读数,记录排水得体积（cm3）与时刻（min）。
（4）连续观察记录60～120分钟,当煤样罐得出气量小于1cm3/min时,关闭煤样罐阀门。
2、5地面粉碎煤样解吸瓦斯操作程序
3
（1）当煤样罐得出气量小于1cm/min时,快速打开煤样罐盖,取出200g煤样,
称重记录后,装入粉碎机得容器内。
（2）将容器放在粉碎机上,并拧紧压盖,盖上粉碎机得盖子。
将粉碎机得出气胶管与水瓶得进气口连接好。
记录初始水瓶读数。
（3）打开粉碎机得开关与秒表,粉碎机开始振动粉碎煤样并脱气,粉碎3～5
分钟,每隔5分钟读数,记录排水得体积（cm3）与时刻（min）。
直至解吸停止。
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