瓦斯灾害预测与防治——第一讲：瓦斯基础参数测定技术.

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1、瓦斯灾害预测与防治瓦斯灾害预测与防治 河南理工大学安全学院 瓦斯防治技术及装备研究所 国家安全生产专家 硕士研究生课程： 瓦斯灾害预测与防治 2012年3月 杨宏民 博士 教授级高工 主要内容： 第一讲：瓦斯基础参数测定技术 第二讲：矿井瓦斯涌出量预测技术 第三讲：煤层瓦斯突出预测预报技术 第四讲：瓦斯与煤尘爆炸防治技术 第一讲：第一讲：瓦斯基础参数测定技术瓦斯基础参数测定技术 河南理工大学安全学院 瓦斯防治技术及装备研究所 国家安全生产专家 硕士研究生课程： 瓦斯灾害预测与防治 2012年3月 杨宏民 博士 教授级高级工程师 内容提要 第一章：煤层瓦斯含量测定 第二章：煤层瓦斯压力测定 第三

2、章：煤层透气性系数测定 第四章：煤的坚固性系数测定 第五章：煤的瓦斯放散指数测定 第六章：煤对瓦斯吸附常数测定 第七章：煤与瓦斯突出预测指标测定 第一章：煤层瓦斯含量测定 煤层瓦斯含量：煤层赋存状态下，单位质量（或体积）煤的微表 面或基质中吸附的瓦斯量与孔隙中的游离瓦斯量 之和，单位为 m3/m3，m3/t。 第一章：煤层瓦斯含量测定 一、方法分类 方法分类 技术要点与技术关键 直接 测定法 简接 测定法 技术要点：根据瓦斯压力、吸附常数（a,b值）、煤质参 数等，按照公式计算煤层瓦斯压力的方法。 技术关键：各种基础参数的准确测定。 技术要点：采用打钻、取钻屑、测定瓦斯解吸规律、推 算损失瓦斯

3、量、真空抽气测定残存瓦斯量。 技术关键：取样技术。 GB/T 32250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法 二、术语及定义 1、残存瓦斯量 residual gas content in coal seam 在常压状态下，煤样解吸后残留在煤样中的瓦斯量 2、损失瓦斯量 Iosing gas content in coal seam 煤样从暴露到开始测定解吸量期间所遗失的瓦斯量 3、粉碎前脱气量 negative pressure desorption gas content before comminution 在负压状态下，煤样在粉碎前所解吸的瓦斯量 4、粉碎后脱气量 negative

4、 pressure desorption gas content during comminution 在负压状态下，煤样在球磨机中粉碎到80%以上的煤样 粒度小于0 25mm时所解吸的瓦斯量 二、术语及定义 5、粉碎前自然解吸瓦斯量 natural desorption gas content before comminution 在常压状态下，煤样井下解吸后运送到实验室粉 碎前所解吸的瓦斯量。 6、粉碎后自然解吸瓦斯量 natural desorption gas content during comminution 在常压状态下，煤样在粉碎机中粉碎到95%以上 煤样粒度小于0 25 mm

5、时所解吸的瓦斯量。 三、直接测定方法 1、相关仪器装备 三、直接测定方法 1、相关仪器装备 三、直接测定方法 温度计 1、相关仪器装备 空盒气压计秒表煤样罐穿刺针头 三、直接测定方法 1）取芯钻头取煤芯 2）普通实心钻头孔 口接样 2、煤样采取 三、直接测定方法 1）装样时间在2min 内完成； 2）自然接样，不得压实； 3）装样高度距罐口10mm； 4）确保罐口、“O”型圈清洁，无煤粒粘附； 5）先穿刺，后拧盖； 6）拧盖时保持罐竖直状态； 7）解吸完毕后，上紧穿刺压垫和煤样罐盖； 8）记录采样信息、时间等，贴标签。 3、煤样装罐 三、直接测定方法 1）初始水面提到0刻度； 2）定时记录量管

6、水面下降高度，连续观测2h； 3）前5min内，每0.51min记录一次； 5min1h，视情况每25min记录一次； 1h后，每2030min记录一次。 4）为避免送往实验室期间罐内压力上升漏气， 升井后在地面再解吸24h，只记总解吸量； 5）详细记录解吸时温度、气压等参数。 4、煤样现场解吸 三、直接测定方法 5、现场解吸记录 1）样品编号：唯一性 2）采样地点：矿、采区、工作面、巷 道（XXXX m处） 3）钻取深度： 4）开始取样时间： 5）开始解吸时间： 6）解吸时间累计解吸量 7）解吸结束时间 8）采样过程描述 9）采样地点地质描述 10）采样地点煤质描述 11）地面解吸时间总解吸

7、量 三、直接测定方法 1）、 法： 在解吸最初一段时间内 ，煤样解吸瓦斯量与解吸时间 的次方呈线性关系，通过该 线性特征推算煤样从煤体剥落 到开始解吸时间段内的损失瓦 斯量。 6、采样过程瓦斯损失量推算 三、直接测定方法 6、采样过程瓦斯损失量推算 t1t1 V1 V V1 取样时间t1对瓦斯含量测定的有什么影响呢? 为何要在2min内？ 三、直接测定方法 解吸前暴露时间确定： 暴露时间(t0)为从煤样暴露到 装罐结束（开始解吸测定）所用的时问 ，按下式计算： t0=t2-t1 式中： t0 暴露时间，单位为分 (min)； t1 取煤芯（屑）开始时 刻，时：分：秒； t2 装罐结束（开始解吸

8、 测定）时刻，时：分：秒。 6、采样过程瓦斯损失量推算 三、直接测定方法 损失量的确定： 图解法： 以解吸时间 为横坐 标，累计解吸量V1为纵坐标作图，则前 一段直线部分反延长与纵轴的交点值即 为总损失量。 解析法： 将 进行线性回归 ，得到线性拟合方程： ，则拟方程中V损即为总损失量。 无论是图解法还是解析法，可 以利用Excel很方便地实现。 6、采样过程瓦斯损失量推算 三、直接测定方法 2）幂函数法 在解吸最初一段时间内，煤样解 吸瓦斯速度与解吸时间 t 的呈-n次方（常 数）的幂函数关系，如下式所示。 式中： qtt时间的瓦斯解吸速度， cm3/min； q0t=0时的瓦斯解吸速度，

9、cm3/min； q1t=1时的瓦斯解吸速度， cm3/min； t瓦斯解吸时间，min； n瓦斯解吸速度衰减系数， 0n45的上向或下向测压孔 优点：操作简单 缺点：水泥砂浆具有一定收缩性 收缩线 二、直接测定方法 3、聚氨酯封孔 适用性：可用于任何角度的测压孔 优点：具有发泡膨胀性，充填效果好 缺点：造价高，操作难度较大 软胶囊聚氨酯 式 麻布聚氨酯式 二、直接测定方法 黑白料配比 1：0.7 1：0.8 1：0.9 1：1.0 1：1.1 1：1.2 1：1.3 透气压力/ MPa 0.9 1.2 1.35 1.47 1.56 1.7 1.72 3、聚氨酯封孔 配比 1：0.7 1：0.

10、8 1：0.9 1：1.0 1：1.1 1：1.2 1：1.3 膨胀倍数 5.0 6.4 7.2 8.5 9.0 8.2 7.5 膨胀开始时间 min 2 2 2.5 3 4 7 6 不同配比聚氨酯膨胀倍数和膨胀时间 不同配比聚氨酯透气性能 二、直接测定方法 4、机械式胶圈封孔器 适用性：可用于任何角度的测压孔 优点：采用机械螺旋压紧胶圈的方式，操作方便，设备简单 缺点：孔壁不光滑时，胶圈与孔壁接触不严，易漏气 二、直接测定方法 5、充液式胶圈封孔器 适用性：可用于任何角度的测压孔 优点：采用液压的方式充涨胶囊，可采用手动加压，操作方便，设备简单。 缺点：孔壁不光滑时，胶圈与孔壁接触不严；孔壁

11、变形后封孔器难以取出。 二、直接测定方法 6、胶圈-粘液封孔 适用性：可用于任何角度的测压孔，裂隙发育 优点：可有效封堵围岩裂隙，处于承压状态 缺点：孔壁钻屑可导致胶囊密封漏气 二、直接测定方法 7、胶囊-粘液封孔 适用性：可用于任何角度的测压孔，裂隙发育 优点：可有效封堵围岩裂隙，处于承压状态 缺点：孔壁钻屑可导致胶囊密封漏气 二、直接测定方法 7、囊带式封孔器 适用性：可用于任何角度的测压孔 优点：囊袋及钻孔内浆液凝固，不用定时补压，有效时间长 缺点：造价高，操作难度较大 二、直接测定方法 8、用工具与材料 1）钻孔设备：钻机， 50-90mm； 2）封孔设备： a）泥浆泵：常用柱塞泥浆泵

12、，流量：20-50L/min，压力：3-4MPa； b）压气注浆泵：以井下压风为动力，一般不大于0.5MPa； c）手动注液泵：补偿胶囊压力，3-8MPa； d）压力补偿装置：高压储气罐。 3）封孔材料： a）黄泥：将质地致密可塑性好的黏土制成外部半干内湿软的黄泥； b）水泥：牌号不低于425号； c）粘液：由化学糨糊粉（淀粉+防腐剂）：水=1:16，用于裂隙 4mm；裂隙较大时应加入填料和骨料。 二、直接测定方法 8、用工具与材料 4）测压材料、议标 a）压力表：量程为预计煤层压力的1.5倍，准确度优于1.5级； b）测压管：镀锌管： 13mm；紫铜管： 6mm1mm 。 5）其他工具： 管

13、钳、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺丝刀、等 三、直接测定法的关键技术 1）测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地 点，且无断层、裂隙等地质构造处布置测点，其瓦斯赋存 状况要具有代表性； 2）测压钻孔应避开含水层、溶洞，并保证测压钻孔与其距离 不小于50m； 3）对于测定煤层原始瓦斯压力的测压钻孔应避开采动、瓦斯 抽采及其他人为卸压影响范围，并保证测压钻孔与其距离 不小于50 m； 4）对于需要测定煤层残存瓦斯压力的测压钻孔则根据测压目 的的要求进行测压地点选择； 1、测压地点的选择 三、直接测定法的关键技术 5）选择测压地点应保证测压钻孔有足够的封孔深度(穿层测压 钻孔的见煤点或顺层测

14、压钻孔的测压气室应位于巷道的卸 压圈之外)，采用注浆封孔的上向测压钻孔倾角应不小于5 ； 6）同一地点应设置两个测压钻孔，其终孔见煤点或测压气室 应在相互影响范之外，其距离应不小于20 m（石门测压外 除）。石门揭煤瓦斯压力测定钻孔的布置按防止煤与瓦 斯突出规定的有关规定进行； 7）瓦斯压力测定地点应选择在进风系统，行人少且便于安设 保护栅栏的地方。 1、测压地点的选择 三、直接测定法的关键技术 1）钻孔直径宜为65 95mm。钴孔长度应保证测压所需的封孔深度; 2）钻孔的开孔位置应选在岩石（煤壁）完整的地点； 3）钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔除特厚煤层外 应穿越全厚，对于特厚煤层测压，钻孔应进入煤层1.5m3.0m; 4）钻孔施工好后，应立即用压风或清水清洗钻孔，清除钻屑，保障钻 孔畅通； 5）在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长 度及钻孔在煤层中的长度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间； 6）钻孔施工前应制定详细的技术及安全措施（包括测压观测期间所应 采取的技术及安全措施）。 2、测压钻孔施工 三、