瓦斯含量和瓦斯壓力測(cè)定課件

煤層瓦斯含量與瓦斯壓力測(cè)定煤層瓦斯含量與瓦斯壓力測(cè)定1

王兆豐河南省特聘教授、河南理工大學(xué)博導(dǎo)，研究員，煤礦災(zāi)害預(yù)防與搶險(xiǎn)救災(zāi)教育部工程研究中心常務(wù)副主任，瓦斯防治技術(shù)與裝備研究所所長(zhǎng)。國(guó)家安全生產(chǎn)專家，中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會(huì)副主任委員，河南省職業(yè)安全健康協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)。

聯(lián)系電話：電子郵箱：王兆豐2內(nèi)容提要一、瓦斯含量與瓦斯壓力測(cè)定的重要性二、煤層瓦斯壓力測(cè)定方法三、煤層瓦斯含量測(cè)定方法內(nèi)容提要一、瓦斯含量與瓦斯壓力測(cè)定的重要性二、煤層瓦斯壓力測(cè)31.相關(guān)規(guī)定的要求《煤礦安全規(guī)程》《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》（AQ1024-2006）《煤礦瓦斯抽采基本指標(biāo)》（AQ1026-2006）《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006

）一、瓦斯壓力（含量）測(cè)定的重要性1.相關(guān)規(guī)定的要求一、瓦斯壓力（含量）測(cè)定的重要性42.瓦斯治理的需要煤礦通風(fēng)設(shè)計(jì)礦井瓦斯涌出量預(yù)測(cè)瓦斯突出防治煤礦井下瓦斯抽采一、瓦斯壓力（含量）測(cè)定的重要性2.瓦斯治理的需要一、瓦斯壓力（含量）測(cè)定的重要性5一、瓦斯壓力（含量）測(cè)定的重要性3.瓦斯資源開(kāi)發(fā)利用的需要煤礦瓦斯抽采系統(tǒng)設(shè)計(jì)煤層氣商業(yè)開(kāi)發(fā)瓦斯（煤層氣）利用設(shè)計(jì)一、瓦斯壓力（含量）測(cè)定的重要性3.瓦斯資源開(kāi)發(fā)利用的需要6二、煤層瓦斯含量測(cè)定集氣法瓦斯含量測(cè)定方法直接法間接法地勘方法井下方法解吸法鉆屑解吸法密閉法二、煤層瓦斯含量測(cè)定集氣法瓦斯含量測(cè)定方法直接法間接法地勘方7二、煤層瓦斯含量測(cè)定煤層瓦斯含量：?jiǎn)挝恢亓棵褐兴械膿Q算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（20℃，0.1MPa）的瓦斯體積稱之為煤層瓦斯含量，單位m3/t和cm3/g。二、煤層瓦斯含量測(cè)定煤層瓦斯含量：?jiǎn)挝恢亓棵褐兴械膿Q算成8

國(guó)際上現(xiàn)在普遍采用地勘解吸法來(lái)測(cè)定煤層瓦斯含量，建立了相關(guān)的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)：煤層氣含量測(cè)定方法（GB/T19559-2004）

地勘時(shí)期煤層瓦斯含量測(cè)定方法（AQ1046-2007）

USBM解吸法Smith—Williams解吸法二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法國(guó)際上現(xiàn)在普遍采用地勘解吸法來(lái)測(cè)定煤層瓦斯含量9二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法PCH4煤層泥漿vv鉆孔P泥漿P泥漿P空氣PCH4PCH4二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法PCH4煤層泥漿vv鉆10二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法我國(guó)地勘瓦斯含量測(cè)定裝備二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法我國(guó)地勘瓦斯含量測(cè)定裝11二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法歐美國(guó)家地勘瓦斯含量測(cè)定裝備二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法歐美國(guó)家地勘瓦斯含量測(cè)12二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法13瓦斯損失量計(jì)算圖二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法瓦斯損失量計(jì)算圖二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法14采樣：用普通巖芯管采取煤芯(煤樣)，當(dāng)煤芯(煤樣)提升至地表之后選取300～400g立即裝入密封罐中，在采樣過(guò)程中，注意記錄開(kāi)始提芯、煤芯提至地表和裝罐前在空氣中暴露的時(shí)間。瓦斯解吸量測(cè)定：煤樣裝入密封罐后，先將穿刺針頭插入罐蓋上的膠墊圈，再擰緊罐蓋，并通過(guò)針頭將密封罐與解吸儀連接，開(kāi)始測(cè)量煤樣解吸瓦斯量隨時(shí)間的變化。測(cè)量2h后，得出累計(jì)瓦斯解吸體積V1，然后取出針頭，將密封罐送至實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行脫氣和氣體分析。損失瓦斯量推算：煤樣在最初暴露的一段時(shí)間內(nèi)，累計(jì)解吸瓦斯量與煤樣解吸時(shí)間的平根成正比，即：VS=K殘存瓦斯量實(shí)驗(yàn)室測(cè)定：經(jīng)解吸測(cè)定的煤樣，在密封狀態(tài)下加熱(95℃)真空脫氣，確定V3，再粉碎后脫氣，確定V4，氣體組份分析煤樣稱重并進(jìn)行工業(yè)分析二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法采樣：用普通巖芯管采取煤芯(煤樣)，當(dāng)煤芯(煤樣)提升至地表15二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法地勘瓦斯含量可靠性評(píng)價(jià)：

⑴煤樣灰分含量不得超過(guò)40%；⑵煤樣現(xiàn)場(chǎng)瓦斯解吸測(cè)定后，必須密封裝罐，脫氣前不漏氣；⑶煤樣重量不得少于250g；⑷瓦斯帶測(cè)定煤樣甲烷成分不低于80%；⑸同一鉆孔同一煤層有兩個(gè)或兩個(gè)以上的瓦斯含量測(cè)值，且均滿足條件⑴～⑷時(shí)，按最大值確定煤層瓦斯含量。二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法地勘瓦斯含量可靠性評(píng)價(jià)16存在問(wèn)題：瓦斯含量測(cè)值隨深度增加而減少二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法存在問(wèn)題：瓦斯含量測(cè)值隨深度增加而減少二、煤層瓦斯含量測(cè)定

17泥漿介質(zhì)取芯模擬試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法泥漿介質(zhì)取芯模擬試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（118研制的泥漿介質(zhì)取芯模擬測(cè)試裝置解決了二大技術(shù)難題：提鉆過(guò)程泥漿壓降模擬；提鉆過(guò)程漏失瓦斯量實(shí)時(shí)精確測(cè)定。測(cè)定裝備申報(bào)了發(fā)明專利實(shí)驗(yàn)得到了“漏失瓦斯量不能用簡(jiǎn)單的計(jì)算公式來(lái)推算”的結(jié)論二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法研制的泥漿介質(zhì)取芯模擬測(cè)試裝置解決了二大技術(shù)難題：二、煤層瓦19提鉆過(guò)程泥漿壓降實(shí)際模擬曲線提鉆過(guò)程泥漿壓降實(shí)際模擬曲線20模擬逼近推算提鉆過(guò)程煤芯漏失瓦斯量的測(cè)試方法地面瓦斯解吸測(cè)定鉆孔煤芯地勘鉆孔提鉆記錄實(shí)驗(yàn)室煤樣處理漏失瓦斯量給定瓦斯壓力實(shí)驗(yàn)室煤樣處理模擬測(cè)試模擬測(cè)試裝置殘余瓦斯壓力測(cè)定殘余瓦斯壓力殘余壓力比較不相等相等或模擬次數(shù)超過(guò)5次模擬結(jié)束二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（1）地勘解吸法模擬逼近推算提鉆過(guò)程煤芯漏失瓦斯量的測(cè)試方法地面瓦斯解吸測(cè)定21二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法要求：鉆屑采自原始煤體，孔深超過(guò)10m鉆屑采集方法與器具二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法要求：鉆屑采自原始煤體22測(cè)定步驟：（1）采樣：孔口取樣，粒度為1～3mm，煤樣100～200g（2）煤樣瓦斯解吸量測(cè)定（3）取樣過(guò)程中的瓦斯解吸量推算（4）煤樣殘存瓦斯量測(cè)定（5）瓦斯含量計(jì)算二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法測(cè)定步驟：二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法23原理：與地勘解吸法類似與地勘解吸法的區(qū)別：損失瓦斯量推算方法不同取樣損失量推算公式：

qt=qoe-kt缺點(diǎn)：無(wú)法定點(diǎn)取樣；要推算取樣損失量、測(cè)定殘存瓦斯量，測(cè)定周期長(zhǎng)。

二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法原理：與地勘解吸法類似二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法24二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法Ⅱ型定點(diǎn)取樣器Ⅲ型定點(diǎn)取樣器Ⅰ型定點(diǎn)取樣器二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（2）鉆屑解吸法Ⅱ型定點(diǎn)取樣器Ⅲ型定點(diǎn)25二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（3）間接法朗格繆爾方法：瓦斯壓力測(cè)定吸附常數(shù)測(cè)定工業(yè)分析和孔隙率公式計(jì)算缺點(diǎn)：需測(cè)參數(shù)多，周期長(zhǎng)二、煤層瓦斯含量測(cè)定

（3）間接法朗格繆爾方法：缺點(diǎn)：需測(cè)參26煤層原始瓦斯壓力：當(dāng)煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，煤中平衡瓦斯壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力，單位為MPa（兆帕）。煤層殘存瓦斯壓力：當(dāng)煤層受采動(dòng)影響涌出一部分瓦斯后，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。三、煤層瓦斯壓力測(cè)定煤層原始瓦斯壓力：當(dāng)煤層未受采動(dòng)影響而處于原始賦存狀態(tài)時(shí)，煤27三、煤層瓦斯壓力測(cè)定瓦斯壓力測(cè)定方法測(cè)壓方式被動(dòng)式主動(dòng)式封孔材料膠圈-粘液封孔注漿封孔黃泥封孔測(cè)壓地點(diǎn)井下測(cè)壓地面測(cè)壓穿層鉆孔測(cè)壓煤層測(cè)壓三、煤層瓦斯壓力測(cè)定瓦斯壓力測(cè)定方法測(cè)壓方式被動(dòng)式主動(dòng)式封孔28二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（1）地面鉆孔測(cè)壓二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（1）地面鉆孔測(cè)壓29黃泥（石膏）封孔二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓適用條件：封孔長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，一般10m；測(cè)壓處巖石堅(jiān)硬、少裂隙；穿層鉆孔測(cè)壓。黃泥（石膏）封孔二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓適用30注漿封孔法二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓適用條件：松軟巖層或煤巷測(cè)壓；煤層群分層測(cè)壓；穿層鉆孔測(cè)壓；用于煤層孔測(cè)壓時(shí)，煤層傾角應(yīng)該大于10°;鉆孔長(zhǎng)度≥15m.注漿封孔法二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓適用條件：31膠圈粘液封孔適用條件：松軟巖層穿層鉆孔測(cè)壓或煤巷測(cè)壓；鉆孔長(zhǎng)度≤15m。二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓膠圈粘液封孔適用條件：二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)32液壓封孔適用條件：封孔長(zhǎng)度不能太長(zhǎng)，一般10m；測(cè)壓處巖石堅(jiān)硬、少裂隙；穿層鉆孔測(cè)壓。二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓液壓封孔適用條件：二、煤層瓦斯壓力測(cè)定

（2）井下鉆孔測(cè)壓33測(cè)壓地點(diǎn)選擇：同一地點(diǎn)應(yīng)打兩個(gè)測(cè)壓鉆孔，鉆孔口距離應(yīng)在其相互影響范圍外，其見(jiàn)煤點(diǎn)的距離除石門測(cè)壓外應(yīng)不小于20m；除在煤巷中測(cè)定本煤層瓦斯壓力外，測(cè)定地點(diǎn)應(yīng)選擇在石門或巖巷中；鉆孔應(yīng)避開(kāi)地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動(dòng)影響范圍；測(cè)定煤層原始瓦斯壓力的見(jiàn)煤點(diǎn)應(yīng)避開(kāi)地質(zhì)構(gòu)造裂隙帶、巷道、采動(dòng)及抽放等的影響范圍；選擇瓦斯壓力測(cè)定地點(diǎn)應(yīng)保證有足夠的封孔深度；瓦斯壓力測(cè)定地點(diǎn)宜選擇在進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，行人少且便于安設(shè)保護(hù)柵欄的地方。

二、煤層瓦斯壓力測(cè)定測(cè)壓地點(diǎn)選擇：二、煤層瓦斯壓力測(cè)定34測(cè)定方法的選擇：測(cè)壓處巖石堅(jiān)硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測(cè)壓法。在松軟巖層及煤巷中測(cè)定煤層的瓦斯壓力時(shí)，鉆孔長(zhǎng)度≤15m時(shí)應(yīng)采用膠囊一密封粘液封孔測(cè)壓法；鉆孔長(zhǎng)度＞15m時(shí)應(yīng)采用注漿封孔測(cè)壓法。豎井揭煤可采用注漿封孔測(cè)壓法。測(cè)定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測(cè)壓應(yīng)采用注漿封孔測(cè)壓法。測(cè)壓時(shí)間充足時(shí)，宜采用被動(dòng)測(cè)壓法。測(cè)壓時(shí)間緊迫時(shí)，應(yīng)采用主動(dòng)測(cè)壓法。二、煤層瓦斯壓力測(cè)定測(cè)定方法的選擇：二、煤層瓦斯壓力測(cè)定35封孔深度：（1）封孔深度應(yīng)超過(guò)鉆孔施工地點(diǎn)巷道的影響范圍，并滿足以下要求:

⊙黃泥、水泥封孔測(cè)壓法的封孔深度應(yīng)不小于5m；⊙膠囊一粘液封孔測(cè)定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應(yīng)不小于10m；⊙注漿封孔測(cè)壓法的封孔深度不小于12m，煤層群分層測(cè)壓時(shí)則應(yīng)封堵至被測(cè)煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板；（2）應(yīng)盡可能加長(zhǎng)測(cè)壓鉆孔的封孔深度。（3）本煤層測(cè)壓孔封孔應(yīng)保證其測(cè)壓氣室長(zhǎng)不小于1.5m，穿層測(cè)壓孔的封孔不宜超過(guò)被測(cè)煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板。二、煤層瓦斯壓力測(cè)定封孔深度：二、煤層瓦斯壓力測(cè)定36Ⅰ類瓦斯壓力恢復(fù)曲線二、煤層瓦斯壓力測(cè)定瓦斯壓力測(cè)值可靠性判斷：Ⅰ類瓦斯壓力恢復(fù)曲線二、煤層瓦斯壓力測(cè)定瓦斯壓力測(cè)值可靠性判37Ⅱ