瓦斯抽采參數(shù)的測定及計(jì)算PPT課件

1、1本章要求掌握：本章要求掌握：1. 1. 煤層瓦斯壓力主要測定方法煤層瓦斯壓力主要測定方法2. 2. 煤層瓦斯含量主要測定方法煤層瓦斯含量主要測定方法3. 3. 瓦斯涌出量預(yù)測方法瓦斯涌出量預(yù)測方法4. 4. 煤層透氣性系數(shù)測定步驟煤層透氣性系數(shù)測定步驟5. 5. 瓦斯流量測定方法瓦斯流量測定方法第1頁/共117頁2內(nèi)容提要內(nèi)容提要一一 、煤層瓦斯壓力測定、煤層瓦斯壓力測定二二 、煤層瓦斯含量測定、煤層瓦斯含量測定三三 、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算四四 、煤層透氣性的測定及計(jì)算、煤層透氣性的測定及計(jì)算五五 、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算六、

2、瓦斯抽采效率的測定及計(jì)算六、瓦斯抽采效率的測定及計(jì)算第2頁/共117頁3一 、煤層瓦斯壓力測定煤層瓦斯壓力是指煤層孔隙內(nèi)氣體分子自由熱運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的作用力，由游離瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是評價(jià)煤層突出危險(xiǎn)性與決定煤層瓦斯含量的一個(gè)重要指標(biāo)。煤層瓦斯壓力是測定方法可分為間接測壓法和直接測壓法。 迄今為止，我國測定最大瓦斯壓力：8.25MPa，北票臺(tái)吉礦-550水平，埋深729m； 世界實(shí)測最大瓦斯壓力：13.6MPa，烏克蘭頓巴斯彼得羅夫深礦，1425m。第3頁/共117頁4一 、煤層瓦斯壓力測定第4頁/共117頁5一 、煤層瓦斯壓力測定+掘回 采采 空殘 余QQQQQXQ

3、Vp瓦斯含量公式/曲線第5頁/共117頁6一 、煤層瓦斯壓力測定第6頁/共117頁7一 、煤層瓦斯壓力測定PQ第7頁/共117頁8一 、煤層瓦斯壓力測定第8頁/共117頁9一 、煤層瓦斯壓力測定pkH第9頁/共117頁10一 、煤層瓦斯壓力測定 由巖層或煤層巷道中向預(yù)定測壓地點(diǎn)打一鉆孔，然后從鉆孔中引出一個(gè)測壓管（測壓裝置），再將鉆孔密閉封堵，用壓力表與測壓管（測壓裝置）連接，測出壓力。 關(guān)鍵：鉆孔封孔質(zhì)量1、黃泥封孔、黃泥封孔2、水泥砂漿封孔、水泥砂漿封孔3、聚氨酯封孔、聚氨酯封孔6、膠圈、膠圈-粘液封孔器粘液封孔器7、囊?guī)椒饪灼?、囊?guī)椒饪灼?、機(jī)械式膠圈封孔器、機(jī)械式膠圈封孔器5、充液

4、式膠圈封孔器、充液式膠圈封孔器充填封孔法充填封孔法封孔器法封孔器法封封孔孔法法方方法法壓壓力力恢恢復(fù)復(fù)方方法法主動(dòng)測壓法主動(dòng)測壓法被動(dòng)測壓法被動(dòng)測壓法主動(dòng)式封孔被動(dòng)式封孔第10頁/共117頁11一 、煤層瓦斯壓力測定被動(dòng)式封孔測壓三步驟三鉆孔鉆孔工具1.鉆孔直徑小一些較好，一般為45-60mm，不超過75mm2.打鉆工具要求輕便穩(wěn)定、震動(dòng)小3.在煤層中打眼嚴(yán)禁壓力水沖洗鉆孔，防止煤壁受到破壞鉆孔位置1.測定地點(diǎn)應(yīng)優(yōu)先選擇在石門或巖巷中，選擇巖性致密的地點(diǎn)，且無斷層、裂隙等地質(zhì)構(gòu)造處布置測點(diǎn)，其瓦斯賦存狀況要具有代表性。2.鉆孔位置要考慮鉆機(jī)本身操作要求及鉆桿抽出鉆孔方法煤層中鉆孔不宜過快，防止

5、卡鉆事故封孔測壓清理鉆孔可使用壓縮空氣吹掃或清孔小鏟送入測壓裝置測壓管一般為4-8mm紫銅管鉆孔封孔多種封孔方式第11頁/共117頁12一 、煤層瓦斯壓力測定被動(dòng)式封孔測壓三填料封孔法（黃泥、黏土封孔）填料封孔法（黃泥、黏土封孔） 填料法封孔的優(yōu)點(diǎn)：不需要特殊裝置，不干裂，不收縮，密封性好。缺點(diǎn)是：人工封孔長度短，費(fèi)時(shí)費(fèi)力 第12頁/共117頁13一 、煤層瓦斯壓力測定被動(dòng)式封孔測壓三注漿封孔法注漿封孔法注漿封孔測壓法是目前應(yīng)用最廣泛的一種封孔方法，適應(yīng)于井下各種情況下的封孔。缺點(diǎn)：水泥砂漿具有一定收縮性。操作步驟：1 測壓孔穿透煤層并清除巖粉和積水后，將導(dǎo)氣管（一般采用銅管、高壓軟管或無縫鋼

6、管）下至預(yù)定位置（擋盤距煤層約0.5m）2 打開噴漿罐，將攪拌均勻的水泥砂漿倒入罐內(nèi)，數(shù)量可占其容積的2/3，將罐壓緊，然后把注漿管插入鉆孔中（注漿管前端不能接普通塑料管和鐵管，以免在噴注過程中產(chǎn)生靜電和火花引燃孔中瓦斯）打開壓氣閥門，把砂漿注入孔中，直至注滿為止。第13頁/共117頁14一 、煤層瓦斯壓力測定被動(dòng)式封孔測壓三膠圈封孔器膠圈封孔器優(yōu)點(diǎn)：簡單易行，封孔器可重復(fù)使用；缺點(diǎn)是封孔深度小，且要求封孔段巖石必須致密、完整。第14頁/共117頁15一 、煤層瓦斯壓力測定主動(dòng)式封孔測壓膠圈膠圈壓力黏液封孔器壓力黏液封孔器 膠囊膠囊壓力黏液封孔器壓力黏液封孔器 “兩堵一注兩堵一注”囊袋式帶壓封

7、孔囊袋式帶壓封孔破裂區(qū)塑性區(qū)彈性區(qū)原始區(qū)域 煤層瓦斯壓力測定過程中常常碰到封孔段圍巖（煤層）破碎的情況，裂隙的發(fā)育容易造成漏氣泄壓，此時(shí)用常壓封孔難以封堵圍巖裂隙，需要采用帶壓封孔技術(shù)來解決。 第15頁/共117頁16一 、煤層瓦斯壓力測定主動(dòng)式封孔測壓三膠圈膠圈壓力黏液封孔器壓力黏液封孔器優(yōu)點(diǎn)：一是增大了封孔段的長度；二是壓力黏液可滲入封孔段巖（煤）體的裂隙，增大了密封效果。 第16頁/共117頁17一 、煤層瓦斯壓力測定主動(dòng)式封孔測壓三膠囊膠囊壓力黏液封孔器壓力黏液封孔器 由于膠囊的彈性大，與孔壁可全面緊密接觸，密封黏液的性能優(yōu)于膠圈，不僅適用于封巖石鉆孔，而且也能封較硬煤層中的煤孔。 第

8、17頁/共117頁18一 、煤層瓦斯壓力測定主動(dòng)式封孔測壓三“兩堵一注兩堵一注”囊袋式帶壓封孔測壓技術(shù)囊袋式帶壓封孔測壓技術(shù) 煤層瓦斯壓力測定過程中常常碰到封孔段圍巖（煤層）破碎的情況，裂隙的發(fā)育容易造成漏氣泄壓，此時(shí)用常壓封孔難以封堵圍巖裂隙，需要采用帶壓封孔技術(shù)來解決。 12345678910121.布袋囊 2.單向逆止閥 3.注漿管 4.爆破閥 5.測壓鉆孔6.測壓氣室 7.測壓花管 8.套孔 9. 測壓管 10.煤巖體AA第18頁/共117頁19一 、煤層瓦斯壓力測定第19頁/共117頁20二 、煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量是指單位體積或質(zhì)量的煤體中所含有的瓦斯量。煤層瓦斯含量是評價(jià)煤

9、層突出危險(xiǎn)性及瓦斯資源的一個(gè)重要指標(biāo)。煤層瓦斯含量測定方法可分為間接測定法和直接測定法。第20頁/共117頁21二 、煤層瓦斯含量測定 根據(jù)瓦斯賦存形式，間接法測試的瓦斯含量為游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和即： yxXXX吸附瓦斯游離瓦斯吸著狀態(tài)吸收狀態(tài)水溶瓦斯式中：Xx吸附瓦斯含量，m3/t； Xy游離瓦斯含量，m3/t。第21頁/共117頁22二 、煤層瓦斯含量測定游離瓦斯量（Xy）式中： V 單位重量煤的孔隙容積，m3/t； P 瓦斯壓力，MPa ；T0 標(biāo)準(zhǔn)狀況下；t 瓦斯絕對溫度，K； 瓦斯壓縮系數(shù)； Xy 煤的游離瓦斯含量，m3/t（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）00/()yXVpTtp第22頁/共

10、117頁23二 、煤層瓦斯含量測定煤吸附瓦斯含量（Xx）式中：a, b 吸附常數(shù)； P 煤層瓦斯壓力，MPa； t0 實(shí)驗(yàn)室測定煤的吸附常數(shù)時(shí)的試驗(yàn)溫度,； t 煤層溫度，； n 相關(guān)系數(shù)； A 煤中灰分，%； W 煤中水分，%； Xx 煤的吸附瓦斯含量，m3/t（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下）。0()1(100)(1)(1 0.31)100n ttxabPA WXebPW水分影響上限第23頁/共117頁24二 、煤層瓦斯含量測定瓦斯含量計(jì)算公式取樣現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室測定游離瓦斯量真假密度吸附常數(shù)工業(yè)分析煤層瓦斯壓力吸附瓦斯量瓦斯含量第24頁/共117頁25二 、煤層瓦斯含量測定 煤的工業(yè)分析、密度及吸附常數(shù)是間接法測

11、定瓦斯含量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。煤的工業(yè)分析、密度及吸附常數(shù)是間接法測定瓦斯含量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。瓦斯等溫吸附裝置瓦斯等溫吸附裝置5E-MAG66005E-MAG6600全自動(dòng)工業(yè)分析儀全自動(dòng)工業(yè)分析儀 第25頁/共117頁26二 、煤層瓦斯含量測定p 根據(jù)瓦斯含量與瓦斯壓力關(guān)系近似計(jì)算方法式中： 煤層瓦斯含量系數(shù)Xp第26頁/共117頁27二 、煤層瓦斯含量測定解吸量裝入密封罐中取樣現(xiàn)場解吸推算損失量粉碎前脫氣粉碎后脫氣損失量殘存量瓦斯含量第27頁/共117頁28二 、煤層瓦斯含量測定l取樣取樣1）取芯鉆頭取煤芯）取芯鉆頭取煤芯2）普通實(shí)心鉆頭）普通實(shí)心鉆頭孔口接樣孔口接樣第28頁/共117頁29二 、煤層

12、瓦斯含量測定012273.2(0.00981)101.3 (273.2)twtwVPhPVtl裝樣解吸裝樣解吸t0tV0t第29頁/共117頁30二 、煤層瓦斯含量測定0tl 損失瓦斯量的計(jì)算： 法 t0tVabt 式中: a、b為待定常數(shù)，當(dāng) 時(shí)， ，a值即為所求的損失瓦斯量。0taVt0t0tVa 與 成線性關(guān)系t0tV0t第30頁/共117頁31二 、煤層瓦斯含量測定l 損失瓦斯量的計(jì)算：冪函數(shù)法 式中：qt時(shí)間t對應(yīng)的瓦斯解吸速度，cm3/min； q0初始時(shí)刻對應(yīng)的瓦斯解吸速度，cm3/min； t 包括取樣時(shí)間t0在內(nèi)的瓦斯解吸時(shí)間，min； n 瓦斯解吸速度衰減系數(shù)，0n1。01

13、ntqqt10111ntVqn第31頁/共117頁32二 、煤層瓦斯含量測定l 損失瓦斯量的計(jì)算：冪函數(shù)法 式中：Vs煤樣損失瓦斯量，cm3； t0 煤樣暴露時(shí)間，min。100111nstVqn1 ttq0,qn01ntqqt第32頁/共117頁33二 、煤層瓦斯含量測定 損失瓦斯量：取樣時(shí)間盡可能短 t1t1V1VtV1第33頁/共117頁34二 、煤層瓦斯含量測定l 殘存瓦斯量測定恒溫水浴U型水銀真空計(jì)冷卻器氣體量管平衡瓶真空泵煤樣罐抽真空管真空脫氣裝置第34頁/共117頁35二 、煤層瓦斯含量測定步驟步驟1、啟動(dòng)真空泵，將系統(tǒng)抽真空。、啟動(dòng)真空泵，將系統(tǒng)抽真空。真空脫氣法第35頁/共1

14、17頁36二 、煤層瓦斯含量測定步驟步驟2、松開螺旋夾，煤樣罐內(nèi)氣體進(jìn)入真空系統(tǒng)。、松開螺旋夾，煤樣罐內(nèi)氣體進(jìn)入真空系統(tǒng)。真空脫氣法第36頁/共117頁37二 、煤層瓦斯含量測定步驟步驟3、調(diào)整量筒液面高度。、調(diào)整量筒液面高度。真空脫氣法第37頁/共117頁38二 、煤層瓦斯含量測定步驟步驟4、向真空管抽真、向真空管抽真 空，將負(fù)壓轉(zhuǎn)為正壓，氣體導(dǎo)入量筒。空，將負(fù)壓轉(zhuǎn)為正壓，氣體導(dǎo)入量筒。真空脫氣法第38頁/共117頁39二 、煤層瓦斯含量測定 粉碎前脫氣，分別在常溫和加熱至95-100恒溫進(jìn)行真空脫氣，直至30min內(nèi)瀉出瓦斯量小于10cm3為止；粉碎后脫氣，將煤樣放入球磨罐中密封破碎，之后

15、進(jìn)行真空集氣。0102273.2(0.0167)101.3 (273.2)tntnnVPCPVt第39頁/共117頁40二 、煤層瓦斯含量測定l 直接法測試瓦斯含量的計(jì)算 含有空氣解吸、損失氣體或脫出氣體的體積02(100 4.57)100tnOiVCV式中：Vtn0 換算為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的氣體體積，cm3； CO2 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧的濃度，%。第40頁/共117頁41二 、煤層瓦斯含量測定l 直接法測試瓦斯含量的計(jì)算 各階段煤樣瓦斯含量計(jì)算iiVXm式中：Xi 各階段煤樣瓦斯含量， cm3/g； m 煤樣質(zhì)量(分為空氣干燥基和干燥無灰基)，g； Vi 各階段某種氣體體積，cm3。第41頁/共117頁

16、42三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算 瓦斯涌出量是在礦井建設(shè)和生產(chǎn)過程中從煤與巖石內(nèi)涌出的瓦斯量。它是確定礦井瓦斯等級(jí)、進(jìn)行礦井通風(fēng)計(jì)算等方面的依據(jù)。絕對瓦斯涌出量：在單位時(shí)間內(nèi)涌出的瓦斯量，單位 m3/min或 m3/d；相對瓦斯涌出量：平均日產(chǎn)一噸煤同期所涌出的瓦斯量，單位 m3/t。第42頁/共117頁43三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算第43頁/共117頁44三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算 礦山統(tǒng)計(jì)法是根據(jù)煤礦已往生產(chǎn)中獲得的大量的相對瓦斯涌出量與開采深度的數(shù)據(jù)，按統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)測深部水平瓦斯涌出量的方法。其外推范圍沿垂深不超過200m，沿煤層傾斜方向不超過600m。開采深度H涌出量q第44頁/共117頁

17、45三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算130 1440niiicQqA nqc開采深度（H）時(shí)，月平均相對瓦斯涌出量，m/t;Qi該月內(nèi)測得的回風(fēng)量， m/min；i風(fēng)流中的瓦斯?jié)舛龋?；n該月內(nèi)測試次數(shù)；A該月的產(chǎn)量，t。若是該月多水平開采，qc為加權(quán)開采深度（Hw）處的相對瓦斯涌出量。月平均相對瓦斯涌出量第45頁/共117頁46三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算11niiiwniiH AHAHi、Ai第i個(gè)采區(qū)的開采深度和產(chǎn)量；n該月開采的采區(qū)數(shù)。計(jì)算加權(quán)開采深度Hw第46頁/共117頁47三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算相對瓦斯涌出量梯度的確定q2在H2深度開采時(shí)的相對瓦斯涌出量，m3/t；q1在H1深度開采

18、時(shí)的相對瓦斯涌出量，m3/t。 H2瓦斯帶內(nèi)2水平的開采深度，m；H1瓦斯帶內(nèi)1水平的開采深度，m；n指數(shù)系數(shù)，垂深在1000m內(nèi)時(shí)取1。2121nqqHH第47頁/共117頁48三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算q礦井相對瓦斯涌出量，m3/t；H開采深度，m；H0瓦斯風(fēng)化帶深度，m； 相對瓦斯涌出量隨開采深度的變化梯度，(m3/t)/m 。q0 瓦斯風(fēng)化帶邊緣的瓦斯含量，m3/t。推算深部開采水平的瓦斯涌出量00()qqHH為了便于應(yīng)用，可以做瓦斯涌出量等量線圖，把礦井空間位置上的相對瓦斯涌出量及其變化規(guī)律在礦井開采層面圖上表達(dá)。第48頁/共117頁49三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算相似性。已回采2個(gè)以

19、上水平，有一年以上的瓦斯涌出量。外推深度200m，沿煤層傾斜方向10m3/t 高變質(zhì)煤X010m3/t7.2071010.385eXX回采工作面瓦斯涌出量第56頁/共117頁57三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算112301()fqK K K KXX（2）厚煤層分層開采時(shí) Kf取決于煤層分層數(shù)量和順序的分層瓦斯涌出系數(shù)；1）開采層瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量第57頁/共117頁58三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算211()nioiiiimqXXM 第i個(gè)鄰近層煤層厚度，m； 工作面采高，m； 第i個(gè)鄰近層瓦斯涌出率，% ；l當(dāng)鄰近層位于冒落帶中時(shí)，l當(dāng)采高 4.5m時(shí)，imMi1000.4784.04i

20、iihhML1iiphh 1i1）鄰近層瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量第i鄰近層與開采層垂直距離開采層頂、底板的破壞影響范圍第58頁/共117頁59三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算回采工作面瓦斯涌出量第59頁/共117頁60三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量D巷道斷面內(nèi)暴露煤壁面的周邊長度，m；v巷道平均掘進(jìn)速度，m/min；L巷道長度，m；q0煤壁瓦斯涌出強(qiáng)度，m3 /(m2min)，Vz煤中揮發(fā)分含量，%；X0煤層原始瓦斯含量，m3/t 。1）掘進(jìn)巷道煤壁瓦斯涌出量 3(21)oLqDvqv200.0260.0004()0.16/zoqVXQSQT q4q3對于薄及中厚煤層，D=2

21、開采層厚度；對于厚煤層，D=2巷道高度+寬度第60頁/共117頁61三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算S掘進(jìn)巷道斷面積，m2 ；v巷道平均掘進(jìn)速度，m/min； 煤的密度，t/m3；X0 煤層原始瓦斯含量，m3/t ；X1 煤的殘存瓦斯含量，m3/t 。2）掘進(jìn)落煤的瓦斯涌出量 401()qSvXX01(21)()oLqDvqSvXXv掘QSQT q4q3掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量第61頁/共117頁62三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算K生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，1.251.45；q采i第i個(gè)回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；Ai第i個(gè)回采工作面的日產(chǎn)量，t；q掘i第i個(gè)掘進(jìn)工作面絕對瓦斯涌出量，m3/mi

22、n；A0生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量，t。110(1440)nniiiiiKqAqqA掘采區(qū)采區(qū)瓦斯涌出量第62頁/共117頁63三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算礦井瓦斯涌出量K已采采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)，1.151.25；q區(qū)i第i個(gè)采區(qū)相對瓦斯涌出量，m3/t；A0i第i個(gè)采區(qū)的日產(chǎn)量，t。nioinioiiAAqKq11)(區(qū)井第63頁/共117頁64三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)第64頁/共117頁65三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算agQQk/max瓦斯最大涌出量與平均涌出量的比值稱為瓦斯涌出不均系數(shù)。礦井瓦斯涌出不均系數(shù)式中kg給定時(shí)間內(nèi)瓦斯涌出不均系數(shù)； Qmax該時(shí)間內(nèi)的最大瓦斯涌出量，m

23、3/min； Qa該時(shí)間內(nèi)的平均瓦斯涌出量，m3/min。瓦斯涌出不均系數(shù)K區(qū)=1.21.5；K井=1.11.3.qK q井總井井qK q區(qū)區(qū)區(qū)總第65頁/共117頁66三、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算 同一煤體在不同區(qū)域的瓦斯賦存情況和采動(dòng)時(shí)的瓦斯涌出量主要受當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況影響。因此，如能找到井田內(nèi)地質(zhì)情況與采掘時(shí)瓦斯涌出量之間的關(guān)系，可根據(jù)已知地質(zhì)情況預(yù)測未開采區(qū)域在采動(dòng)時(shí)瓦斯涌出量。地質(zhì)指標(biāo)的量化是瓦斯預(yù)測的基礎(chǔ)和前提也是預(yù)測瓦斯涌出量的瓶頸指數(shù)預(yù)測法 灰色系統(tǒng)理論等第66頁/共117頁67課后思考題1. 煤層瓦斯壓力主要測定方法，在怎樣改進(jìn)？ 2. 直接法測瓦斯含量的主要問題在哪個(gè)環(huán)節(jié)？3.

24、分源預(yù)測法需要考慮哪些源？參考閱讀：1. 周世寧，林柏泉.煤層瓦斯賦存與流動(dòng)理論 M. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1999 2.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. AQ1047-2007煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法3.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. AQ10662008煤層瓦斯含量井下直接測定方法4.國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局. AQ 10182006礦井瓦斯涌出量預(yù)測方法第67頁/共117頁68內(nèi)容提要內(nèi)容提要一一 、煤層瓦斯壓力測定、煤層瓦斯壓力測定二二 、煤層瓦斯含量測定、煤層瓦斯含量測定三三 、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算、瓦斯涌出量的測定和計(jì)算四四 、煤層透氣性的測定及計(jì)算、煤層透氣性的測定及計(jì)算五五

25、 、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算六、瓦斯抽采效率的測定及計(jì)算六、瓦斯抽采效率的測定及計(jì)算第68頁/共117頁69四、煤層透氣性的測定和計(jì)算 煤層透氣系數(shù)是反映煤層內(nèi)瓦斯流動(dòng)難易程度的重要參數(shù)，也是評判瓦斯抽放的可行性指標(biāo)之一，同時(shí)也是判斷煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的指標(biāo)之一。 因此，煤層瓦斯?jié)B透率或煤層透氣系數(shù)的測算方法研究是瓦斯?jié)B流力學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，它始終是滲流力學(xué)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。研究應(yīng)用物理意義: 在 1 m3煤體的兩側(cè)，當(dāng)瓦斯壓力平方差為 1 MPa2時(shí)，通過 1 m2煤層斷面每日流過的瓦斯量第69頁/共117頁70四、煤層透氣性的測定和計(jì)算 從需要測定的煤

26、層中采取煤樣 在實(shí)驗(yàn)室中用砂輪或?qū)ｉT的鉆簡將煤樣制成一定尺寸的圓柱狀(或方柱狀)，兩端磨平，形成長 5080 mm、直徑 3040 mm 的圓 柱(或 30 mm30mm(5080)mm 的方柱)，放入與之直徑相仿的夾具中。 放在特制的儀器中，測定在一定的壓差中通過煤樣的瓦斯流量，根據(jù)煤樣的幾何尺寸、兩端壓差的大小和流量，根據(jù) 達(dá)西定律計(jì)算其透氣性系數(shù)。為了使煤樣和夾 具壁之間密切接觸不漏氣。一般外加一個(gè)膠皮套或硅橡膠套。kUp 達(dá)西滲流定律at2kpat222krQ p LkF pp第70頁/共117頁71四、煤層透氣性的測定和計(jì)算加壓系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)缸內(nèi)煤樣周圍充有一定壓力的黏液(或其他液體)煤

27、樣周圍需套上數(shù)層 防水橡膠套at222krQ p LkF pp第71頁/共117頁72四、煤層透氣性的測定和計(jì)算取樣的偶然性不能反映煤層的情況。 不足之處在制作煤樣時(shí)， 煤樣受到機(jī)械作用可能產(chǎn)生新的裂隙或使原有裂隙加大。 而煤層本身 的某些裂隙又因煤樣過小而被排斥掉。此外，取樣暴露面上的煤都是經(jīng)過礦山壓力破壞后的煤體實(shí)驗(yàn)室無法完全模擬地應(yīng)力。 在實(shí)驗(yàn)室測定中， 固體煤樣與防水橡膠襯套之間往往存在著漏氣現(xiàn)象。第72頁/共117頁73四、煤層透氣性的測定和計(jì)算巷道單向流量法徑向流量法球向流量法第73頁/共117頁74四、煤層透氣性的測定和計(jì)算石門透煤條件下1221lnccrQrhpp2222lnc

28、crQrhpp測壓鉆孔多 而且要求準(zhǔn)確；只有在高透氣性煤層才適用，低透氣性短時(shí)間內(nèi)r2內(nèi)仍供氣而長時(shí)間時(shí)無流量徑向穩(wěn)定流動(dòng)2201012lnppQmRR第74頁/共117頁75四、煤層透氣性的測定和計(jì)算煤層掘進(jìn)巷道中2122212Q LLpp單向穩(wěn)定流動(dòng) 要求瓦斯來源于L2之外，但是L2實(shí)際也是瓦斯源；煤壁瓦斯涌出量及瓦斯壓力測定難度大。第75頁/共117頁不穩(wěn)定流動(dòng)76四、煤層透氣性的測定和計(jì)算流量法：石門透煤前求解誤差大；計(jì)算參數(shù)測定有實(shí)際有誤差引起計(jì)算誤差；煤層厚度為垂直厚度，傾斜煤層誤差大；計(jì)算繁雜pq先測原始瓦斯壓力，打開閥門將瓦斯壓力控制在一定值測流量變化。第76頁/共117頁77

29、四、煤層透氣性的測定和計(jì)算在巖石巷道打一垂直煤層的貫穿鉆孔， 插入測壓管后密封測得煤層原始瓦斯壓力值；然后卸下壓力表 使孔內(nèi)壓力降至大氣壓力。然后，重新擰上壓力表，記下鉆孔中瓦斯壓力與時(shí)間的關(guān)系， 確定出當(dāng)鉆孔內(nèi)瓦斯壓力0.1p0、 0.2p0- 0.9p0時(shí)的對應(yīng)，最后根據(jù)已知的參數(shù)計(jì)算煤層的透氣性值。 優(yōu)點(diǎn)：工作簡單、時(shí)間短計(jì)算公式缺點(diǎn)：認(rèn)為二次升壓過程只有游離瓦斯參與流動(dòng)；認(rèn)為瓦斯流動(dòng)是瓦斯源不斷擴(kuò)大的徑向穩(wěn)定流動(dòng)。具體做法：這種方法也稱為二次壓力法第77頁/共117頁78四、煤層透氣性的測定和計(jì)算 具體做法：在巖石巷道打一垂直煤層的貫穿鉆孔， 插入測壓管后密封測得煤層原始瓦斯壓力值，直

30、接記下鉆孔中瓦斯壓力與時(shí)間的關(guān)系， 確定出當(dāng)鉆孔內(nèi)瓦斯壓力0.1p0、 0.2p0- 0.9p0時(shí)的對應(yīng)，最后根據(jù)已知的參數(shù)計(jì)算煤層的透氣性值。 這種方法也稱為一次壓力法是將馬可尼法中微分式簡化為穩(wěn)定流動(dòng)方程；除具有馬可尼法不合理之處，還有化簡誤差第78頁/共117頁79四、煤層透氣性的測定和計(jì)算煤層掘進(jìn)巷道中 單向流量法測定煤層透氣性系數(shù)是以瓦斯在煤層中的單向流動(dòng)理論 為基礎(chǔ)而得出的方法，其基本假設(shè)為：(a)煤層均質(zhì)且各向同性；(b)瓦斯在煤層中的流動(dòng)服從達(dá)西定律；(c)煤層頂?shù)装宀缓咚挂膊粷B透瓦斯；(d)瓦斯在煤層中的 流動(dòng)為等溫過程。第79頁/共117頁80四、煤層透氣性的測定和計(jì)算1

31、.5202204atpq tpp 煤層掘進(jìn)時(shí)記錄多個(gè)點(diǎn)爆破時(shí)間，作為其暴露時(shí)間 用封孔測壓儀打鉆測壓 當(dāng)掘進(jìn)頭距測點(diǎn)一定距離時(shí)在測點(diǎn)斷面上測出風(fēng)量和瓦斯量，求出瓦斯量之差即為兩點(diǎn)間煤壁瓦斯涌出量 將所測量帶入上式測壓孔測壓孔第80頁/共117頁81四、煤層透氣性的測定和計(jì)算 當(dāng)巷道向前掘進(jìn)時(shí)，會(huì)在 兩幫煤層中形成卸壓帶、應(yīng)力集中帶和常壓帶。由于這三帶的存在，使煤層的透氣性發(fā)生很大變化。 巷道單向流量法的優(yōu)點(diǎn)在于它能使流動(dòng)場擴(kuò)展很大。雖然在推導(dǎo)計(jì)算公式中，均質(zhì)性的假設(shè)與事實(shí)有差別，但是當(dāng)流動(dòng)場擴(kuò)散到足夠大時(shí)，以致擾動(dòng)帶的影響可以忽略不計(jì)，由均質(zhì)性假設(shè)所帶來的誤差就基本上可以忽略不計(jì)。 單向流量法

32、需滿足單向流動(dòng)條件，所測巷道需其掘進(jìn)頭推進(jìn)一定距離后進(jìn)行。第81頁/共117頁82四、煤層透氣性的測定和計(jì)算 徑向流量法測定煤層透氣性系數(shù)是以瓦斯在煤層中徑向流動(dòng)理論為基礎(chǔ)而得出的方法。其基本假設(shè)為:(a)在鉆孔瓦斯流動(dòng)范圍內(nèi)，煤層均質(zhì)且各向同性;(b)鉆孔垂直煤層(至少偏斜角不超過30)貫穿煤層，在瓦斯流動(dòng)場內(nèi)煤厚不變;(c)煤層頂?shù)装宀宦馇也缓型咚?(d)打開鉆孔之前，鉆孔內(nèi)瓦斯壓力為原始瓦斯壓力，打開后則始終保持大氣壓力;(e)瓦斯在煤層中的流動(dòng)為等溫過程且溫度等于煤層溫度;(f)瓦斯在煤層中的流動(dòng)服從達(dá)西定律第82頁/共117頁83四、煤層透氣性的測定和計(jì)算2121PPPtrrr0

33、2201qrYpp1.500204ptFr0bYaF21201ppqrA215 . 104rpB/YA0FB/bAa B第83頁/共117頁84四、煤層透氣性的測定和計(jì)算BF 0AYaFYb04 .14/107. 19/111. 13 . 7/114. 125. 025. 156. 2/139. 164. 1/161. 114. 31 . 283. 11 . 1BABABABABABA21201ppqrA215 . 104rpB-0.38-0.28-0.20-0.12-0.10-0.065110.930.5880.5120.34410-2111010102102103103105105107常

34、數(shù)B常數(shù)A煤層透氣性系數(shù)指數(shù)b系數(shù)a時(shí) 間準(zhǔn) 數(shù)流 量準(zhǔn) 數(shù)A/bAa B第84頁/共117頁85四、煤層透氣性的測定和計(jì)算1 測壓2 測壓后打開閥門，測定 不同時(shí)刻鉆孔瓦斯排放量3帶入公式求值操作步驟21201ppqrA215 . 104rpB0F估取，得到 計(jì)算公式反驗(yàn) 取值是否合適0F第85頁/共117頁86四、煤層透氣性的測定和計(jì)算10-2111010102102103103105105107第86頁/共117頁87四、煤層透氣性的測定和計(jì)算1 要注意有無噴孔的現(xiàn)象，以便折合計(jì)算孔徑 ，延長排瓦斯時(shí)間2 流量測定時(shí)間及鉆孔長度取值3 瓦斯壓力和流量的測定必須盡量準(zhǔn)確注意事項(xiàng)4 在測定卸

35、壓煤層時(shí)，流量較大，測壓管細(xì)而有壓力損失，可校正5 在測定卸壓煤層時(shí)注意避開抽采鉆孔6在封孔測壓上壓力表之前，測定的瓦斯流量t0、Q0 可用于在測定煤層透氣 系數(shù)之后，反求煤層原始瓦斯壓力 p0。第87頁/共117頁88四、煤層透氣性的測定和計(jì)算 球向流量法測定煤層透氣性系數(shù)是以瓦斯在煤層中球向流動(dòng)理論為基礎(chǔ)而得出的方法。基本假設(shè)為:(a)在鉆孔瓦斯流動(dòng)范圍內(nèi)，煤層均質(zhì)且各向同性;(b)煤層頂?shù)装宀宦馇也缓型咚?(c)打開鉆孔之前，鉆孔內(nèi)瓦斯壓力為原始瓦斯壓力，打開后則始終保持大氣壓力;(d)瓦斯在煤層中的流動(dòng)為等溫過程且溫度等于煤層溫度;(e)瓦斯在煤層中的流動(dòng)服從達(dá)西定律第88頁/共1

36、17頁89四、煤層透氣性的測定和計(jì)算2122PPPtrrr02201qrYpp1.500204ptFr0.5010.564YF22144BBC簡化計(jì)算01.500.5644rBpt02201qrCpp第89頁/共117頁90四、煤層透氣性的測定和計(jì)算1 測壓2 測壓后打開閥門，測定 不同時(shí)刻鉆孔瓦斯排放量3帶入公式求值操作步驟01.500.5644rBpt02201qrCpp計(jì)算22144BBC第90頁/共117頁91五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算第91頁/共117頁92五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算根據(jù)流體流經(jīng)節(jié)流裝置時(shí)產(chǎn)生壓降（壓差）原理，通過測定壓差計(jì)算流量?？装?、噴嘴、文特利管

37、等一般指轉(zhuǎn)子流量計(jì)，小流量，氣體最小流量一般16L/h。利用流體流經(jīng)椎管壁與浮子間隙時(shí)環(huán)隙節(jié)流壓差與浮子質(zhì)量平衡，測定流量。利用皮托管測定管道內(nèi)動(dòng)靜壓來確定氣體流速，之后計(jì)算流量。利用風(fēng)速表或熱球式風(fēng)速儀測定管內(nèi)流速，再計(jì)算流量。直接測出氣體流量，如煤氣表。第92頁/共117頁93五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算 充滿管道的流體當(dāng)它流經(jīng)管道內(nèi)的節(jié)流裝置時(shí)，流束將在節(jié)流件處形成局部收縮使流速增加，從而使靜壓力降低這樣在節(jié)流裝置前后就形成一個(gè)靜壓力差或稱差壓，流體的流速愈大，則產(chǎn)生的差壓愈大，所以可以通過測量差壓來衡量流體通過節(jié)流裝置時(shí)流量的大小。流速壓差關(guān)系第93頁/共117頁94五、管路及鉆

38、孔瓦斯流量的測定及計(jì)算 根據(jù)伯努利方程（能量守恒定律）和流動(dòng)連續(xù)性方程（質(zhì)量守恒定律），流體流動(dòng)時(shí)流量方程式為：12022201gppQFm孔板開孔面積01孔板開孔面積/管道截面FF21流束收縮截面/管道截面FF標(biāo)準(zhǔn)孔板瓦斯混合流量公式19.8pTQK bp第94頁/共117頁95五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算20189.76流量校正系數(shù)Ka mD標(biāo)準(zhǔn)孔板瓦斯混合流量公式19.8pTQK bp110.0046瓦斯?jié)舛刃Ｕ禂?shù)bx101.325壓力校正系數(shù)Tpp293273+溫度校正系數(shù)Tt第95頁/共117頁96五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算 節(jié)流裝置的選擇對準(zhǔn)確測定管道中的流體具有重

39、要作用，一般情況下應(yīng)根據(jù)以下原則選擇：1 要求節(jié)流裝置產(chǎn)生的壓力損失小時(shí)，選用噴嘴或文特利管和文特利噴嘴；2 測量易污染和侵蝕性物質(zhì)時(shí)，采用噴嘴比采用孔板好；3 測量相同流量和壓差值，噴嘴的截面比比孔板小，測量精度較高，而且需要的直線段長度也較短。4 孔板加工最為簡單，噴嘴次之，文特利管和文特利噴嘴最復(fù)雜第96頁/共117頁97五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算 根據(jù)節(jié)流裝置取壓口位置可將取壓方式分為理論取壓、角接取壓、法蘭取壓、徑距取壓與損失取壓等五種。1-1 理論取壓 D Smin2-2 角接取壓 3-3 法蘭取壓 25mm4-4 徑距取壓 D 0.5D5-5 損失取壓2.5D 8D取壓嘴

40、高度：一般20-30mm，不超過50mm；內(nèi)徑一般3-6mm第97頁/共117頁98五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算第98頁/共117頁99五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算外徑小于或等于法蘭盤兩對角螺釘眼內(nèi)邊的距離孔板厚度小于或等于0.05D，最薄不小于2mm開孔圓筒形部分厚度在0.005-0.02D之間開孔圓錐部分圓錐角30-45第99頁/共117頁100五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算加工精度：光潔度、粗糙度、無毛刺加工孔板的要求符合標(biāo)準(zhǔn)的孔板產(chǎn)生的阻力損失應(yīng)0.1p孔板材料采用硬質(zhì)耐磨材料，為防止銹蝕可采用不銹鋼或鋼材鍍鉻第100頁/共117頁101五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)

41、算1 安裝時(shí)孔板孔口須與管道同心，斷面與管道軸線垂直2 在孔板前后2D的范圍內(nèi)管道不應(yīng)有凹凸不平、焊縫、墊片等3 流量計(jì)上游端管道直線段長度大于等于20D，下游端10D4 經(jīng)常清理孔板前后積水、污物，銹蝕要更換5 抽放量有較大變化時(shí)，應(yīng)根據(jù)流量大小更換相應(yīng)孔板第101頁/共117頁102五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算風(fēng)源：局部通風(fēng)機(jī)或其它風(fēng)泵 管道：直徑與實(shí)際抽放管相同流量：風(fēng)表或皮托管測定 測定流量計(jì)參數(shù)：壓差、管內(nèi)壓力等風(fēng)源：通風(fēng)機(jī) 管道：風(fēng)硐穩(wěn)流測試段流量：風(fēng)表管測定 測定流量計(jì)參數(shù)：壓差、管內(nèi)壓力等9.81kpTQKp風(fēng)源：鐘罩式氣體計(jì)量器 流量：鐘罩式氣體計(jì)量器測定 測定流量計(jì)參

42、數(shù)：壓差、管內(nèi)壓力等第102頁/共117頁103五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算 文特利管具有圓錐形的入口收縮段和喇叭形的出口擴(kuò)散段。壓力損失少，精度高；加工難，成本高，用于低壓損、高精度測量的場合。在0.2m0.5條件下內(nèi)徑為100-800mm入口圓錐角735出口圓錐角233中間喉管直徑偏差0.001d前后連接管直徑與流量計(jì)直徑相同入口收縮段喉管段出口擴(kuò)散段第103頁/共117頁104五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算測定量：壓差、大氣壓、負(fù)壓、溫度、瓦斯?jié)舛攘髁烤C合系數(shù)24216041dgKcdD19.81pTQKp混合瓦斯量/100cQQ x純瓦斯量第104頁/共117頁105五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算1 測點(diǎn)前后有5m以上直線段管道2 管內(nèi)不得有積水3 皮托管插入管道時(shí)迎著氣流方向，力求與氣流方向平行4 需同時(shí)測定測點(diǎn)處大氣壓、瓦斯?jié)舛?、壓力等參?shù)第105頁/共117頁106五、管路及鉆孔瓦斯流量的測定及計(jì)算4.049.81 ipVpTvC bH氣流動(dòng)壓值中心點(diǎn)法平均流速點(diǎn)法高