瓦斯參數(shù)測定方式

1、瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法5.1 有關(guān)煤層瓦斯的幾個概念5.2 煤層瓦斯含量測定5.3 煤層瓦斯壓力測定5.4 瓦斯放散初速度測定5.5 煤的堅固性系數(shù)f 值測定5.6 煤層透氣性系數(shù)測定5.7 等溫吸附試驗瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法煤層原始瓦斯壓力煤層殘存瓦斯壓力煤層原始瓦斯含量煤層殘存瓦斯含量煤的瓦斯容量瓦斯?jié)舛鹊V井相對、絕對瓦斯涌出量瓦斯放散初速度煤的堅固性系數(shù)5.1 有關(guān)煤層瓦斯的幾個概念瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法煤層原始瓦斯含量 當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，單位重量煤中所含有瓦斯的換算成標準狀態(tài)下（0，）的瓦斯體積稱之為煤層原始瓦

2、斯含量，它常用m3/t和cm3/g作計量單位。煤層殘存瓦斯含量 當煤層受采動影響而涌出一部分瓦斯后，單位重量煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤層殘存瓦斯含量。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法煤層原始瓦斯壓力 當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，煤中平衡瓦斯壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力，其物理單位為MPa（兆帕）。煤層殘存瓦斯壓力 當煤層受采動影響涌出一部分瓦斯后，此時煤層中殘留瓦斯的壓力大小稱之為煤層殘存瓦斯壓力，單位為MPa。煤層的殘存瓦斯壓力總小于原始瓦斯壓力。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法煤的可解吸瓦斯含量 煤的原始瓦斯含量與0.1 MPa瓦斯壓力下的煤層

3、殘存瓦斯含量之差稱之為煤的可解吸瓦斯含量，其物理單位為m3/t或cm3/g。煤的可解吸瓦斯含量大致代表單位重量的煤在開采過程中在井下可能涌出的瓦斯量。煤的瓦斯容量 當煤中瓦斯壓力無限升高時，單位重量煤所能吸附的換算成標準狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤的瓦斯容量。 瓦斯容量與煤的變質(zhì)程度有關(guān)，從褐煤到無煙煤，隨著煤的變質(zhì)程度的升高，瓦斯容量也隨著加大。瓦斯容量實際上是煤對瓦斯的極限吸附量。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法瓦斯?jié)舛?單位體積空氣中所含有的瓦斯體積的體積百分數(shù)稱之為瓦斯?jié)舛?，常?作單位，我們常說的瓦斯?jié)舛葹?%表示的是井下每1m3大氣中含有3的瓦斯?？偦仫L巷：0.75%；采掘進風

4、流：0.5%；采區(qū)回風：4%） 投資低，建設(shè)周期短，就地消化，就地應用或遠距離輸送，規(guī)模可大可小，靈活方便。D) 地面抽采，做LNG或CNG（甲烷濃度80%） 起步階段，目前僅山西晉城和中石油、中聯(lián)煤層氣公司正在開展該方面的工作。E) 氧化銷毀甲烷濃度1%， 目前僅有幾個示范項目，主要是風排。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法瓦斯放散初速度(p) 它是一個假定指標，表示充有瓦斯的煤樣放散瓦斯快慢的一個指標，無量綱。煤的堅固性系數(shù)( f ) 反映煤體破壞程度的一個指標，無量綱。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法5.2 煤層瓦斯含量測定5.2.1 煤層瓦斯含量測定方法分類1.根據(jù)應用范

5、圍：地質(zhì)勘探鉆孔中應用方法 煤礦井下應用方法2.根據(jù)方法特點：直接測定法 間接測定方法 直接測定法比較簡單，直接從煤、巖試樣中抽出瓦斯，測定其成分和瓦斯含量。 比較復雜，先測定孔隙率、a、b 值，煤的工業(yè)分析，儲層壓力，再計算瓦斯含量。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法5.2.2 煤層瓦斯含量直接測定方法 1. 采樣過程中的散失量；2. 現(xiàn)場解吸規(guī)律測定過程中的解吸量；3. 實驗室測量的殘余含氣量。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法5.2.2 煤層瓦斯含量直接測定方法 1.煤的殘存瓦斯含量測定方法(1)取樣。 采取新鮮煤芯或碎煤約200g，裝入特制密封容器（真空罐）中加以密封。(2

6、)試驗室脫氣與氣體分析。 試樣送到試驗室后常溫脫氣，之后加熱至95進行真空脫氣，抽出氣體進行色譜分析。 瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法 瓦斯參數(shù)測定方式5 瓦斯參數(shù)測試方法 (3)煤樣粉碎。煤樣脫氣結(jié)束后，打開真空罐取出煤樣，放進密封球磨罐進行粉碎。要求粉碎后煤樣絕大部分（80%以上）的粒度在0.25mm以下。(4)粉碎后脫氣與氣體分析。將裝有已粉碎煤樣的密封球磨罐進行加熱和真空脫氣，方法同步驟（2），直到基本上無氣體解吸為止。(5)煤樣稱重與工業(yè)分析。(6)煤中殘存瓦斯量計算。根據(jù)2個階段脫氣的氣體分析結(jié)果中的氧含量，扣除混入的空氣成分，即換算出了無空氣基的瓦斯氣體成分，再根據(jù)兩次

7、脫氣抽出的氣體體積和成分、煤樣重量和煤質(zhì)分析結(jié)果，就很容易算出單位重量煤（或可燃質(zhì)）中含有的瓦斯量，即煤的殘存瓦斯含量。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法2. 地勘期間煤層瓦斯含量測定方法(解吸法) 解吸法： 解吸法是把鉆孔專用儀器采樣改為用普通巖芯管在孔底取煤芯，利用密封罐在煤芯提升到孔口時采樣。這樣做的結(jié)果，既減少了鉆孔采樣的困難，又不影響正常鉆進。該法自1973年起在美國得到了廣泛的應用，撫順分院在1978-1981年期間在我國一些煤田進行了工業(yè)試驗，完善了測定中所用的成套儀器和工具，已使之標準化。 瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法測定步聚： (1)采樣。用普通煤芯管采取煤

8、芯，當煤芯升到地表之后，選取煤樣約300400g，立即放進密封罐中密封，在采樣過程中，測定提升煤芯和煤樣在空氣中的暴露時間。(2)瓦斯解吸規(guī)律測定。測定進行2h后，把煤樣送到試驗室進行脫氣和氣體分析。 解吸速度測定儀 (3)損失瓦斯量計算。煤樣解吸測定前損失的瓦斯量取決于煤芯在孔內(nèi)和空氣中的暴露時間和煤樣瓦斯解吸規(guī)律。1-水箱 2-量管 3-螺旋夾 4-吸氣球 5-溫度計 6-彈簧夾 7-膠管 8-穿刺針頭 9-密封罐195876234瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法 瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法 試驗和理論分析結(jié)果表明，煤樣在剛開始暴露的一段時間內(nèi)，累計解吸的瓦斯量與煤樣

9、解吸時間的平方根成正比例，即：式中 Vz煤樣自暴露時起到解吸測定進行時間為t時的瓦斯總解吸體積，ml； t0煤樣在解吸測定前的暴露時間，min； t1提鉆時間，據(jù)經(jīng)驗煤樣在鉆孔的暴露時間取為，min； t2解吸測定前煤樣在地面的暴露時間，min； t煤樣解吸測定的時間，min； k比例常數(shù)。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法 解吸實驗測出的瓦斯解吸量V僅為煤樣總解吸量Vz的一部分，僅是t0到t那部分解吸量，解吸測定前煤樣在暴露時間t0時已損失的瓦斯量 由此 從現(xiàn)場應用該法的來看，損失瓦量量占煤樣總瓦斯量的10%50%。應盡量減少煤樣的暴露時間，盡量選取較大粒度的煤樣，以減小瓦斯損失量在煤

10、樣總瓦斯量中所占的比重。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法 (5)瓦斯含量計算。(4)試驗室煤樣脫氣及氣體成分分析。經(jīng)過解吸測定結(jié)束后的煤樣，在密封狀態(tài)下應盡快送到試驗室進行加熱（95）真空脫氣，脫氣完后將煤樣粉碎，再進行一次脫氣，最后進行氣體組分分析。脫氣、粉碎和氣體分析方法與測殘存瓦斯含量時相同。X0煤樣的原始瓦斯含量，ml/g;V1煤樣解吸測定中累計解吸出的瓦斯體積，ml；V2計算出的瓦斯損失量，ml；V3煤樣粉碎前的脫出量，ml；V4煤樣粉碎后的脫出量，ml；G煤樣重量，g；瓦斯參數(shù)測定方式類別方法要點、條件備注直接法USBM直接法取心測試損失量20比較準確改進直接法(MDM)取

11、心測試需測定解吸氣體成分史密斯-威廉斯方法煤芯或煤屑損失氣量小于50%時比較準確壓力解吸取心法密閉取心測定氣體含量最準確的方法，特別是對于未飽和煤層及深煤層直接法煤礦礦井取心可獲得解吸氣量及估算地層壓力艾瑞法取心比改進的直接法預測含氣量偏大間接法重量法礦井取心用于礦井通風需要，未用于煤層氣的開采等溫吸附法煤樣分析資料與煤層溫度、壓力值適用于飽和煤層含氣量的估算開姆法工業(yè)分析資料對煙煤和中低揮發(fā)分煙煤偏高，對高揮發(fā)分煙煤偏低測井法測井與工業(yè)分析資料交會求出吸附等溫線，在根據(jù)等溫線估計含氣量方法具有一定地區(qū)性局限，不能無限推廣瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法3. 井下煤層瓦斯含量測定方法鉆

12、屑解吸法(A) 鉆屑解吸法(A)： 撫順分院在19801981年期間，研究提出了鉆屑解吸法測定煤層瓦斯含量的方法。方法的原理與地勘鉆孔所用解吸法相同。與在地勘鉆孔中應用相比，該法在井下煤層鉆孔應用的明顯優(yōu)點： 一是煤樣暴露時間短，一般為35min，且易準確進行測定； 二是煤樣在鉆孔中的解吸條件與在空氣中大致相同，無泥漿和泥漿壓力的影響。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法煤樣解吸隨時間變化規(guī)律 式中 q-在解析時間為t時煤樣的解析瓦斯速度， q1-t=1min時煤樣瓦斯解析速度，ml/gmin； k-解析速度隨時間的衰減系數(shù)；在解析時間為t時累計的解析瓦斯量為：鉆孔見煤至煤樣測定解吸這段時

13、間t0，損失的瓦斯量為：式中 Q2煤樣瓦斯損失量，ml/g； t0煤樣解吸前的暴露時間，min。當k1時，無解，只適用于k30mm 時，沖擊次數(shù)n，即為3次，按以上步驟繼續(xù)進行其它各組測定； 當l 30mm時，第一組試樣做廢，每份試樣沖擊次數(shù)n改為5次，按以上步驟進行沖擊、篩分和測量，仍以5份作為一組，測定煤粉高度。 按下式計算每組煤的堅固性系數(shù)f值:式中 f為煤的堅固性系數(shù)； n每份試樣的沖擊次數(shù)，次； l每組試樣篩下粉煤計量高度，m； 3組煤所測f 值的算術(shù)平均值即為測定地點煤樣的堅固性系數(shù)。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法5.6 煤層透氣性系數(shù)測定 煤是一種多孔介質(zhì)，在一定的壓力

14、梯度下，氣體和液體可以在煤體中流動。煤層透氣性是煤層對瓦斯流動的阻力，通常用透氣性系數(shù)來表示。透氣性系數(shù)越大，瓦斯在煤層中流動越容易。 煤層透氣性系數(shù)在我國普遍用的單位是m2/MPa2.d。 物理意義：在1米長的煤體上，當壓力平方差為1 MPa2時，通過1m2煤層斷面，每日流過的瓦斯立方米數(shù)。1m2/MPa2.d相當于0.025mD(毫達西)。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法K計算公式(徑向穩(wěn)定流)式中 K煤樣的透氣性系數(shù)，D(達西)； 在試驗溫度條件下，瓦斯的絕對粘度，1.0810-5PaS； P1、P2煤樣瓦斯入口和出口端的瓦斯壓力，MPa； Pa大氣壓力，； Q瓦斯流量，cm3/

15、s； L煤樣長度，cm； F煤樣斷面積，cm2；瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法測定方法(1)打鉆測定煤層瓦斯壓力。(2)卸壓測定鉆孔瓦斯流量。(3)測定煤層瓦斯含量系數(shù)。(4)煤層透氣性系數(shù)計算方法(徑向非穩(wěn)定流) 中國礦業(yè)大學在實驗室用相似模擬試驗方法進行試驗，并以相似準數(shù)表達了試驗的結(jié)果。瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法徑向不穩(wěn)定流計算公式 F0=10-21， =AB F0=110， =AB F0=10102B F0=102103，B F0=103105， B F0=105107， BP0煤層原始絕對瓦斯壓力(表壓力加0.1)，MPaP1鉆孔中的瓦斯壓力，一般為；煤層的透

16、氣性系數(shù)，m2/Mpa2.d；r1鉆孔半徑，m；q在排放時間為t時，鉆孔煤壁單位面積的瓦斯流量，m3/m2d；X煤的瓦斯含量，m3/m3；P確定煤瓦斯含量時的瓦斯壓力，MPa；Q時間t時測出的鉆孔流量，m3/t；L鉆孔見煤長度，一般為煤層厚度，m；t從鉆孔卸壓到測定鉆孔瓦斯流量時間，d；a煤層瓦斯含量系數(shù)，瓦斯參數(shù)測定方式第五章 瓦斯參數(shù)測試方法注意事項(1) 打測壓鉆孔時要注意有無噴孔，如有噴孔，應測定噴出的煤量，然后折合計算孔徑；(2) 測定鉆孔瓦斯流量時，可在不同時間多測幾個瓦斯流量值，以便分析距鉆孔不同距離煤體透氣性的變化規(guī)律；(3) 卸壓后到測定流量時間長時，鉆孔見長度可不取實測值(

17、如鉆孔與煤層面斜交)，而取等于煤厚；如時間短，則L值可取為鉆孔見煤長度。瓦斯參數(shù)測定方式煤層吸附等溫線測定5.7 等溫吸附實驗煤的吸附特征及吸附線類型煤層吸附等溫線的測定意義煤層吸附等溫線測定的影響因素吸附等溫線的測定與應用瓦斯參數(shù)測定方式一、煤的吸附特征及吸附線類型 一定溫度下，吸附氣體的壓力與吸附量呈函數(shù)關(guān)系。吸附等溫線所得出的氣體含量代表煤層所具備的最大吸附量。 等壓線：恒壓條件下不同溫度的吸附量。 等容線：吸附氣量或體積一定，不同溫度下的壓力變化。 等溫線：恒溫下不同壓力條件下的吸附量。瓦斯參數(shù)測定方式一、煤的吸附特征及吸附線類型煤層吸附氣體的主要模型： BET模型：以兩維薄膜形式描述

18、吸附過程，其特征由狀態(tài)方程表示。勢差理論模型：表示吸附是勢差作用的結(jié)果。在氣體接近固體表面時，勢差會造成氣體在固體表面的聚集。該模型主要用于描述煤對甲烷、乙烷的吸附。朗格繆爾(Langmuir)模型：該模型是根據(jù)汽化和凝聚的動力條件平衡原理建立的，廣泛用于煤和其它吸附劑對氣體的吸附，是研究煤層吸附等溫的主要模型。瓦斯參數(shù)測定方式二、煤層吸附等溫線的測定意義 實驗證明煤層解吸等溫線與吸附等溫線重合，即煤層解吸過程是吸附過程的逆過程。這樣，通過實驗測定吸附等溫線便可獲得煤層的解吸特征。通過吸附等溫線可以準確了解煤儲層的吸附解吸能力與壓力的對應關(guān)系；與煤儲層壓力參數(shù)結(jié)合可以確定煤層的含氣飽和程度、煤

19、層氣的臨界解吸壓力、實際可采資源量及采收率。在沒有含氣量數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)吸附等溫線及區(qū)域地質(zhì)資料可預測含氣范圍，是儲層產(chǎn)量歷史模擬至關(guān)重要的參數(shù)。瓦斯參數(shù)測定方式三、煤層吸附等溫線測定的影響因素 影響吸附等溫線的主要因素有試驗溫度、濕度及氣體組分。實驗溫度：溫度增高，吸附能力減弱。濕度：達到平衡濕度以前，隨水分的增加，吸附量減少；達到平衡濕度后，即使水分再增加，吸附量也不再減小。氣體組分：氣體組分中CH4濃度降低，CH4的吸附量下降。在使用吸附數(shù)據(jù)評價煤層含氣量時，應考慮煤層氣中CH4的濃度，實驗時應盡量模擬地層條件。瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用1. 吸附等溫線的測定容量法或P

20、VT法、重量法和氣相色譜法。方法概要：首先，將達到平衡水分的一定粒度的煤樣樣品置于密封容器中，測定其在相同溫度、不同壓力條件下達到吸附平衡時所吸附的甲烷等試驗氣體的體積；然后，根據(jù)Langmuir單分子層吸附理論，通過理論計算求出表征煤對甲烷等試驗氣體吸附特性的吸附常數(shù) Langmuir體積(VL), Langmuir壓力(PL,)以及等溫吸附曲線。瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用 儀器設(shè)備： 樣品缸；參考缸；恒溫控制系統(tǒng)；溫度監(jiān)測系統(tǒng)：包括溫度傳感器(精度0.350)，多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(16位)等;壓力監(jiān)測系統(tǒng)：包括壓力傳感器(精度0.01M Pa)，多通道高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(

21、16位)等;數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：包括微機及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。瓦斯參數(shù)測定方式瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用 方法流程： 1）試樣裝缸 將預處理達到平衡水分的煤樣準確稱重、迅速裝入樣品缸內(nèi)。 2）氣密性檢查 （1）充氣向系統(tǒng)充人氦氣，壓力高于等溫吸附試驗最高壓力1MPa。 （2）調(diào)節(jié)溫度設(shè)置并調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，使樣品缸的溫度穩(wěn)定在儲層溫度或送樣單位要求的溫度。瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用 （3）采集數(shù)據(jù)系統(tǒng)采集參考缸和樣品缸的壓力數(shù)據(jù)，壓力平衡則視為系統(tǒng)氣密性良好。 3）自由空間體積測定 （1）調(diào)節(jié)溫度設(shè)置并調(diào)節(jié)系統(tǒng)溫度，使樣品缸的溫度穩(wěn)定在儲層溫度或送樣單位要求的溫度。 （2）充氣

22、打開氦氣瓶，向系統(tǒng)充人氦氣，調(diào)節(jié)參考缸壓力值，然后關(guān)閉參考缸閥門。 （3）采集數(shù)據(jù)打開參考缸閥門與樣品缸閥門，待壓力平衡后便可采集一組數(shù)據(jù)。瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用 （4）求煤樣的體積，計算樣品缸內(nèi)自由空間體積。 4）等溫吸附試驗 （1）最高試驗壓力的確定最高試驗壓力通常設(shè)置為儲層壓力的倍，但最高試驗壓力不得低于8MPa。 （2）試驗壓力點分布最高試驗壓力為8MPa時，必須進行6個壓力點試驗;最高試驗壓力8-12MPa時，必須進行7個壓力點試驗;最高試驗壓力12MPa，必須進行8個壓力點試驗。 瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用 （3）充氣打開調(diào)節(jié)閥門和參考缸閥門，向

23、系統(tǒng)充甲烷氣體或其他試驗氣體調(diào)節(jié)參考缸壓力至目標壓力。 （4）數(shù)據(jù)采集達到目標壓力且溫度穩(wěn)定后，啟動等溫吸附試驗程序自動采集樣品缸和參照缸內(nèi)的時間、壓力、溫度等相關(guān)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)記錄為數(shù)據(jù)文件。 （5）吸附平衡時間確定根據(jù)煤樣的變質(zhì)程度、樣品總量等實際情況確定，但不得少于12h （6）重復35步，自低而高逐個壓力點進行試驗，直至最后一個壓力點試驗結(jié)束。瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用 5）數(shù)據(jù)處理 （1）計算煤樣體積和自由空間體積。 （2）計算各壓力點的吸附量 （3）計算VL和PL瓦斯參數(shù)測定方式瓦斯參數(shù)測定方式瓦斯參數(shù)測定方式VL3/t, PL瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用2. 煤層吸附等溫線的地質(zhì)意義 煤層吸附等溫線反映了在給定溫度下氣體吸附量隨壓力的變化特征。曲線的兩個特征參數(shù)：朗格繆爾吸附常數(shù)(VL)和朗格繆爾壓力(PL) 。VL值為理論吸附量，即煤的最大吸附容量；PL值為吸附量VL值為50的對應壓力值，它反映了煤層氣解吸的難易程度。瓦斯參數(shù)測定方式瓦斯參數(shù)測定方式四、吸附等溫線的測定與應用3. 煤層吸附等溫線的應用 煤層含氣量，含氣飽和度、臨界解吸壓力和最可采資源量和采收率。1）估算煤層含氣量 若煤層中氣體的吸附處于飽和狀態(tài)，就可利用吸附等溫線估算煤層含氣量。但要知道儲層的溫度和壓力，在吸附等溫線圖上查出地層溫度與壓力條件下對應的吸附量即