煤層瓦斯基本參數(shù)_測定與計算【古柏優(yōu)講】

1、主要內容,1、概述 2、煤層瓦斯壓力測定與計算 3、煤層瓦斯含量測定與計算 4、煤層透氣性系數(shù)測定與計算 5、鉆孔流量衰減系數(shù)測定與計算 6、礦井瓦斯儲量計算 7、可抽瓦斯量計算 8、瓦斯抽采率計算 9、瓦斯抽采量(標量)換算 10、一些單位換算,1,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,1、概述 1）重要性 煤層瓦斯基本參數(shù)是礦井通風、抽采與利用瓦斯規(guī)劃、設計和生產(chǎn)技術管理的基本科學依據(jù)與基礎，應做到測定數(shù)據(jù)的真實與準確。 每個采區(qū)垂深每增加50m，應測定煤層原始瓦斯含量和壓力。 瓦斯抽采量的計量器具必須采用符合國家標準的計量器具,2,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,2）瓦斯來

2、源分析 礦井瓦斯來源是確定抽放方法的主要依據(jù)，因此，應盡量詳細地做好下述測定工作： (1)必須測定出掘進、采煤與采空區(qū)的瓦斯涌出量分別占全礦井瓦斯涌出量的比例； (2)必須準確地判斷出采區(qū)工作面的瓦斯主要是來自本煤層還是鄰近層。 一般把回采工作面老頂初次冒落前的平均瓦斯涌出量認為是本煤層的瓦斯涌出量。而將老頂初次冒落后的平均瓦斯涌出增加量認為是鄰近層的瓦斯涌出量,3,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,2瓦斯壓力測定與計算 1）定義、重要性與規(guī)律 （1）定義： 煤層瓦斯壓力是煤中游離瓦斯分子熱運動撞擊所形成的壓強。 未受采動影響區(qū)域的瓦壓力稱為原始瓦斯壓力， 受采動影響已排放瓦斯區(qū)域的煤

3、層瓦斯壓力稱為殘存瓦斯壓力。 （2）重要性：煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量和突出危險性大小的主要因素之一，是進行瓦斯管理等工作的基礎參數(shù),4,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,2瓦斯壓力測定與計算 1）定義、重要性、標準與分布規(guī)律 （3）行業(yè)標準 煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法（AQ/T1047-2007,5,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,2瓦斯壓力測定與計算 1）定義、重要性、標準與分布規(guī)律 （4）分布規(guī)律： 當煤層有露頭時，在瓦斯風化帶以下，甲烷帶上部邊界煤層瓦斯壓力一般為0.250.3MPa， 煤層瓦斯壓力隨深度而增加。根據(jù)北票、南桐、天府、雞西等礦井統(tǒng)計，每10

4、0m垂深，瓦斯壓力約增加0.060.16MPa。 煤層連續(xù)穩(wěn)定同一深度的瓦斯壓力基本相同。如中梁山煤礦K1煤層在垂深378m水平沿走向128m范圍內，實測瓦斯壓力均在2.8MPa左右。 地質構造帶煤層瓦斯壓力可能異常,6,科學教育,2瓦斯壓力測定與計算 1）定義、重要性與規(guī)律 （3）分布規(guī)律,我國部分礦井 實測煤層原始瓦斯 壓力及其梯度表,7,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,2瓦斯壓力測定與計算 2）瓦斯壓力的測定 煤層瓦斯壓力測定方法有直接測定法和間接測定法2類。 直接測定法分為打鉆、封孔、測壓3個步驟。其關鍵的是嚴密封閉鉆孔，微量的漏氣將導致測得瓦斯壓力值大大小于真實的瓦斯壓力值

5、。 傳統(tǒng)的測定方法是在巖石巷道中向煤層打鉆孔，然后用不同材料封堵孔口，最后安設測壓表測壓。近年中國研制了新封孔材料和方法，很好地解決了煤層中的鉆孔封孔不嚴的難題，因而目前也可在煤層中打鉆測壓。 封孔的方法有人工填料封孔、機械壓入填料封孔、膠圈封孔、膠囊密封液封孔和三相泡沫密封煤層鉆孔等。只要封孔嚴密，直接測定法能測出準確的瓦斯壓力值，應用普遍,8,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算 2瓦斯壓力測定與計算 2）瓦斯壓力的測定,人工填料封孔示意圖,測壓儀表：壓力表：量程為預計煤層瓦斯壓力的1.5倍，精度 優(yōu)于1.5級， 工具：管鉗、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺絲刀等,9,科學教育,煤層瓦斯抽采

6、基本參數(shù)測定與計算 2瓦斯壓力測定與計算,機械壓入填料封孔示意圖,2）瓦斯壓力的測定,10,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算 2瓦斯壓力測定與計算 2）瓦斯壓力的測定,膠圈密封液封孔示意圖,11,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,2瓦斯壓力測定與計算 2）瓦斯壓力的測定 測定選點與測定工作應注意： (1)測定地點要選在無斷層、裂隙等地質構造處，瓦斯賦存狀況要具有代表性； (2)測壓巷道距煤層的巖柱距離不應小于10m； (3)測壓孔的孔徑以75mm為宜，要貫穿整個煤層(厚煤層應鉆入煤層3m以上)，完鉆后應及時封孔，封孔要嚴密，測壓管接頭不得漏氣,12,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參

7、數(shù)測定與計算,2瓦斯壓力測定與計算 3）瓦斯壓力的計算： 測定出煤層瓦斯含量后，按式下計算瓦斯壓力： X=abp/(1+bp)(100-Aad-Wad）/1001/(1+0.31Wad)+ +10kp/r （1） 式中 X 煤層瓦斯含量，m3/t； a、b 吸附常數(shù)； p煤層絕對瓦斯壓力，MPa； Aad煤的灰分，%； Wad煤的水分，%； k煤的孔隙率，m3/m3； r 煤的容重(假比重)，t/m3,13,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 1）定義 在自然條件下，單位質量或體積的煤體中所含的瓦斯量。m3/t煤或m3/m3煤. 2）重要性： 煤層瓦斯含量是決

8、定煤層瓦斯儲量、瓦斯涌出量和突出危險性大小的主要因素之一，是進行瓦斯管理等工作的基礎參數(shù),14,科學教育,Prof. Dr. Cheng,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： 可采用直接法測定或用間接法計算。 （1）地勘解吸直接法 （2）井下解吸直接法 （3）間接法實測出煤層瓦斯壓力后，按前述式（1）計算瓦斯含量,15,科學教育,Prof. Dr. Cheng,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： （1）地勘解吸法 地勘解吸法的基本原理及依據(jù)為： 煤層原始瓦斯含量X0由取芯過程煤樣漏失瓦斯量V1、地面解

9、吸瓦斯測定量V2和殘存瓦斯量V3構成,X0= V1+ V2+ V3； 在一定時間內，煤樣在地面的解吸瓦斯量與解吸時間之間遵循V2(t0+t)0.5關系； 煤芯提至鉆孔深度的一半時開始解吸瓦斯； 取芯過程中煤樣瓦斯漏失量可按V1 (t0+t)0.5推算； 煤芯在地面的解吸瓦斯量V2由煤芯瓦斯解吸儀測得； 殘存瓦斯量V3由真空脫氣測定裝置測得,16,科學教育,Prof. Dr. Cheng,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： （1）地勘解吸法 （2）現(xiàn)行標準 地勘時期煤層瓦斯含量測定方法（GB/T23249-2009,17,科學教育,Prof. Dr

10、. Cheng,直接法測定煤層瓦斯含量儀表與曲線圖,18,科學教育,Prof. Dr. Cheng,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： 地勘解吸法的評價： 從地勘解吸法十年多來的應用情況統(tǒng)計分析結果看出：和早期采用的密閉罐法、集氣法相比，地勘解吸法煤層瓦斯含量測值成功率和可靠性都有較大幅度的提高，但測值仍有較大的誤差：孔深小于500m時，地勘瓦斯含量有約70%的測值偏低1525%，20%的測值偏高1015%，整體測值偏低約1015%；煤層埋深大于500m，特別是達到800m以上時，普遍具有測值偏低程度隨孔深增加而加大的趨勢，有85%以上的測值低3

11、040%，最高達到50%以上，只有不足8%的測值偏高510%。 煤層埋深大于500m時要按1.15-1.25的系數(shù)校正,19,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： （2）井下解吸法 該方法是在地勘解吸法原理基礎上改進、發(fā)展形成的直接在井下測定煤層瓦斯含量的方法，它在我國煤礦本煤層、鄰近層瓦斯含量測定中廣為采用。測定時，先在煤層打鉆孔，采集鉆（煤）屑（本煤層）或打穿層鉆孔采集煤芯（鄰近層），然后測定采集的煤屑樣在空氣介質中的瓦斯解吸規(guī)律，并據(jù)此推算鉆屑或煤芯在采集過程中試樣的漏失瓦斯量，最后根據(jù)漏失瓦斯量、解吸瓦斯量、殘存瓦斯量和煤樣重量計

12、算煤層原始瓦斯含量,20,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： （2）井下解吸法 現(xiàn)行標準 煤層瓦斯含量井下直接測定方法（GB/T23250-2009） 技術原理 和地勘時期瓦斯含量測定方法原理一樣，采用解吸法。在 井下測定瓦斯解吸量和解吸速度，計算損失量，在地面繼續(xù)測定解吸量和粉碎后瓦斯解吸量，測定或計算常壓可解吸量（近視于殘存量）。四者之和就是煤層瓦斯含量。 該方法不僅可以測定原始瓦斯含量，還可測定殘余瓦斯含量,21,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,3、煤層瓦斯含量測定與計算 3）煤層瓦斯含量測定： （2）井下解吸法 井下解

13、吸法采用如下方法推算試樣采集過程中的漏失瓦斯量： 試樣的瓦斯解吸從到達既定深度（本煤層）或穿透巖層見煤（鄰近層）時開始計時； 本煤層鉆屑采集過程中試樣的漏失瓦斯量按Q(t0+t)0.5規(guī)律推算，鄰近層穿層鉆孔煤芯采集過程試樣漏失瓦斯量按Q(t0+t)0.5規(guī)律推算,22,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,煤層透氣性系數(shù)是衡量煤層透氣性大小的指標。 物理意義是在1m3煤體的兩側，壓力平方差為1MPa2時，通過1m長度的煤體，在1m2煤面積上每天流過的瓦斯量。 煤層透氣性系數(shù)在不同地點相差很大。在集中應力帶，煤層透氣性可降低一半或更多；而在卸壓帶，則可增加幾十倍到幾萬倍,4、煤層透氣性系數(shù)

14、測定與計算,23,科學教育,測定方法 單一鉆孔流量法： 打一個垂直穿透煤層鉆孔，封孔后，測出煤層真實的瓦斯壓力，壓力值穩(wěn)定后，打開測壓孔排放瓦斯，記錄排放瓦斯的時間和流量以及煤層厚度、鉆孔直徑等參數(shù)，利用下表所列公式進行計算,4、煤層瓦斯含量測定與計算,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,24,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,部分礦井的煤層透氣性系數(shù),25,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,5、鉆孔流量衰減系數(shù)測定與計算 1）定義：鉆孔瓦斯流量隨著時間延續(xù)呈衰減變化關 系的系數(shù) 2）測算方法：選擇具有代表性的地區(qū)打鉆孔，先測其初始瓦斯流量q0，經(jīng)過時間t后，再測其瓦斯流量qt，然

15、后以下式計算之： qt = q0e-at 式中a鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，d-1； q0鉆孔初始瓦斯流量，m3min； qt經(jīng)t時間后的鉆孔瓦斯流量，m3min； t時間，d,26,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,5、鉆孔流量衰減系數(shù)測定與計算 3）用途：可作為評估煤層預抽瓦斯難易程度的指標之一,煤層抽放瓦斯難易程度分類表,27,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,6、礦井瓦斯儲量計算 瓦斯儲量系指煤田開發(fā)過程中，能夠向開采空間排放瓦斯的煤巖層儲存的瓦斯總量。其計算公式為： WkW1十W2十W3 式中Wk礦井瓦斯儲量，萬m3； W1可采煤層的瓦斯儲量總和，萬m3； W1 n Ali

16、 Xli Ali礦井每一個可采煤層的煤炭儲量，萬t； n礦井可采煤層數(shù)； Xli每一個可采煤層的瓦斯含量，m3t,28,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,6、礦井瓦斯儲量計算 瓦斯儲量計算式：WkW1十W2十W3 式中 W2可采層采動影響范圍內不可采鄰近層的瓦斯儲量總和，萬m3; n W2AiXi i=1 Ai可采層采動影響范圍內每一個不可采煤層的煤炭儲量，萬t。采動影響范圍，上鄰近層取5060m，下鄰近層取2030m； Xi可采層采動影響范圍內每一個不可采煤層的瓦斯含量，m3t； n礦井可采煤層采動影響范圍內的不可采煤層數(shù)； W3圍巖瓦斯儲量，萬m3,當圍巖瓦斯很小時,W3=0； 若

17、含瓦斯量多時，可據(jù)經(jīng)驗取之或實測而定,29,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,7、可抽瓦斯量計算 可抽瓦斯量是指瓦斯儲量中在當前技術水平能被抽出來的最大瓦斯量。 可抽瓦斯量概算法是： 可抽瓦斯量瓦斯儲量x抽采率,30,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,8、瓦斯抽采率計算 (1)礦井(或采區(qū))抽采率： dk100 Qkc/ （Qkc十Qkf) 式中dk 礦井(或采區(qū))抽放率，%； Qkc礦井抽采瓦斯量，m3min； Qkf礦井風排瓦斯量，m3min,31,科學教育,8、瓦斯抽采率計算 (1)瓦斯管道流量測量： 測速管（皮托管 Pitot ） 同心套管與壓差計,32,科學教育,8、

18、瓦斯抽采率計算 (1)瓦斯管道流量測量 孔板流量計 孔板：測量元件； 縮脈：孔板后1/32/3 d 處,33,科學教育,孔板（伯努利原理)流量計,34,科學教育,8、瓦斯抽采率計算(1)瓦斯管道流量測量 V錐流量計,V型錐流量計是20世紀80年代提出具有革命性的新型流量計，它是一個懸掛在管道中央的錐形體，高壓P1取自錐體前流體未擾動的管壁 ；低壓P2取自后錐體中央，差壓P= P1- P2的平方根與流量成正比,L,35,科學教育,8、瓦斯抽采率計算(1)瓦斯管道流量測量 V錐流量計,V型錐流量傳感器的工作原理,36,科學教育,流量測量方法及其比較,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,37,科學教育,流量測量方法及其比較,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,38,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,8、瓦斯抽采率計算 (2)礦井(或采區(qū))抽采率： dk100 Qkc/ （Qkc十Qkf) 式中dk 礦井(或采區(qū))抽放率，%； Qkc礦井抽采瓦斯量，m3min； Qkf礦井風排瓦斯量，m3min,39,科學教育,煤層瓦斯抽采基本參數(shù)測定與計算,