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1、1,矿井瓦斯抽采技术,手 机：13939103988， 15738522063 固 话：0391-3987919 办公室：210， 503 E-mail：wzf3988， fenghuazm009,主讲：王兆丰(研究员) 安丰华(博士),2,第五章 瓦斯抽采参数的测定及计算,本章要求掌握： 1. 煤层瓦斯压力主要测定方法 2. 煤层瓦斯含量主要测定方法 3. 瓦斯涌出量预测方法 4. 煤层透气性系数测定步骤 5. 瓦斯流量测定方法,3,内容提要,一 、煤层瓦斯压力测定 二 、煤层瓦斯含量测定 三 、瓦斯涌出量的测定和计算 四 、煤层透气性的测定及计算 五 、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算 六、
2、瓦斯抽采效率的测定及计算,4,一 、煤层瓦斯压力测定,煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产生的作用力，由游离瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。,煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含量的一个重要指标。,煤层瓦斯压力是测定方法可分为间接测压法和直接测压法。,迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：8.25MPa，北票台吉矿-550水平，埋深729m； 世界实测最大瓦斯压力：13.6MPa，乌克兰顿巴斯彼得罗夫深矿，1425m。,5,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,内容：五种间接测定煤层瓦斯压力的方法。,根据煤层瓦斯涌出量间接推测瓦斯压力 根据煤层原始瓦斯含量测定瓦斯压
3、力 根据残余瓦斯含量测定煤层瓦斯压力 用煤样在实验室测定瓦斯压力 按照测压地点的深度估计瓦斯压力,6,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,根据煤层瓦斯涌出量间接推测瓦斯压力,适用条件：采区瓦斯来源系来自开采煤层本身 具体方法：在整个采掘期间不断记录巷道的风量和瓦斯浓度，计算出掘进、回采和采空区涌出瓦斯并累加 推算公式： 优点：根据通风报表即可得出，不需专门进行测压 缺点：只适用于无邻近层的单一煤层，极其粗略,7,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,根据煤层原始瓦斯含量测定瓦斯压力,具体方法：在煤体预定测压地点采取煤样，然后将煤样中瓦斯抽出，由单位煤样中瓦斯量按瓦斯容量曲线或瓦斯
4、含量公式反推。 推算公式：瓦斯含量曲线或计算公式 优点：在含量测定比较准确时，所求瓦斯压力比较准确 缺点：需要专门工具和熟练技术,8,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,根据残余瓦斯含量测定煤层瓦斯压力,具体方法：1 用普通岩心管取样，开始取样时计时，记录取样、装入罐中时间t0，然后测定剩余瓦斯量； 2 充入一定瓦斯压力气体进入煤样罐中，然后放散瓦斯解吸同样时间，测定剩余瓦斯量； 3 重复2步骤几次，得到瓦斯压力与剩余瓦斯量之间关系曲线； 4 由此瓦斯压力与剩余瓦斯量之间关系曲线根据现场所测剩余瓦斯量得到现场瓦斯压力。 优点：井下工作少 缺点：井上工作多， t0时间准确性,9,一 、煤
5、层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,用煤样在实验室测定瓦斯压力,具体方法： 1 在需要测压的地点采集煤样； 2 将煤样放入密封铁罐中，罐中装满水； 3 当煤中瓦斯解吸出来时由于水的不可压缩性，罐中显现压力，此 压力可认为是测定地点瓦斯压力。 优点：简单 缺点：正确程度未完全清楚,10,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,按照测压地点的深度估计瓦斯压力,具体方法：根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间关系，推算未知开采深度压力值。 推算公式： 优点：简便易行，与我国某些瓦斯矿井情况符合 缺点：瓦斯压力和地质条件密切相关，受地质条件影响,11,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法
6、,由岩层或煤层巷道中向预定测压地点打一钻孔，然后从钻孔中引出一个测压管（测压装置），再将钻孔密闭封堵，用压力表与测压管（测压装置）连接，测出压力。,关键：钻孔封孔质量,1、黄泥封孔 2、水泥砂浆封孔 3、聚氨酯封孔 6、胶圈-粘液封孔器 7、囊带式封孔器 4、机械式胶圈封孔器 5、充液式胶圈封孔器,充填封孔法,封孔器法,封孔法方法,压力恢复方法,主动测压法,被动测压法,被动式封孔,12,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压三步骤,三,钻孔,钻孔工具 1.钻孔直径小一些较好，一般为45-60mm，不超过75mm 2.打钻工具要求轻便稳定、震动小 3.在煤层中打眼严禁压力水冲
7、洗钻孔，防止煤壁受到破坏 钻孔位置 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.钻孔位置要考虑钻机本身操作要求及钻杆抽出 钻孔方法 煤层中钻孔不宜过快，防止卡钻事故,封孔,测压,清理钻孔 可使用压缩空气吹扫或清孔小铲 送入测压装置 测压管一般为4-8mm紫铜管 钻孔封孔 多种封孔方式,13,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压,三,填料封孔法（黄泥、黏土封孔）,填料法封孔的优点：不需要特殊装置，不干裂，不收缩，密封性好。缺点是：人工封孔长度短，费时费力,14,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2
8、 直接测压法,被动式封孔测压,三,注浆封孔法,注浆封孔测压法是目前应用最广泛的一种封孔方法，适应于井下各种情况下的封孔。 缺点：水泥砂浆具有一定收缩性。,操作步骤：1 测压孔穿透煤层并清除岩粉和积水后，将导气管（一般采用铜管、高压软管或无缝钢管）下至预定位置（挡盘距煤层约0.5m） 2 打开喷浆罐，将搅拌均匀的水泥砂浆倒入罐内，数量可占其容积的2/3，将罐压紧，然后把注浆管插入钻孔中（注浆管前端不能接普通塑料管和铁管，以免在喷注过程中产生静电和火花引燃孔中瓦斯）打开压气阀门，把砂浆注入孔中，直至注满为止。,15,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压,三,胶圈封孔器,优点：
9、简单易行，封孔器可重复使用； 缺点是封孔深度小，且要求封孔段岩石必须致密、完整。,16,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,胶圈压力黏液封孔器,胶囊压力黏液封孔器,“两堵一注”囊袋式带压封孔,破裂区,塑性区,弹性区,原始区域,煤层瓦斯压力测定过程中常常碰到封孔段围岩（煤层）破碎的情况，裂隙的发育容易造成漏气泄压，此时用常压封孔难以封堵围岩裂隙，需要采用带压封孔技术来解决。,17,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,三,胶圈压力黏液封孔器,优点：一是增大了封孔段的长度； 二是压力黏液可渗入封孔段岩（煤）体的裂隙，增大了密封效果。,18,一 、煤层瓦
10、斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,三,胶囊压力黏液封孔器,由于胶囊的弹性大，与孔壁可全面紧密接触，密封黏液的性能优于胶圈，不仅适用于封岩石钻孔，而且也能封较硬煤层中的煤孔。,19,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,三,“两堵一注”囊袋式带压封孔测压技术,煤层瓦斯压力测定过程中常常碰到封孔段围岩（煤层）破碎的情况，裂隙的发育容易造成漏气泄压，此时用常压封孔难以封堵围岩裂隙，需要采用带压封孔技术来解决。,20,一 、煤层瓦斯压力测定,21,二 、煤层瓦斯含量测定,煤层瓦斯含量是指单位体积或质量的煤体中所含有的瓦斯量。,煤层瓦斯含量是评价煤层突出危险性及瓦斯资
11、源的一个重要指标。,煤层瓦斯含量测定方法可分为间接测定法和直接测定法。,22,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,根据瓦斯赋存形式，间接法测试的瓦斯含量为游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和即：,式中：Xx吸附瓦斯含量，m3/t； Xy游离瓦斯含量，m3/t。,23,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,游离瓦斯量（Xy） 式中： V 单位重量煤的孔隙容积，m3/t； P 瓦斯压力，MPa ； T0 标准状况下； t 瓦斯绝对温度，K； 瓦斯压缩系数； Xy 煤的游离瓦斯含量，m3/t（标准状态下）,24,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,煤吸附瓦斯含量（Xx） 式中：a,
12、b 吸附常数； P 煤层瓦斯压力，MPa； t0 实验室测定煤的吸附常数时的试验温度,； t 煤层温度，； n 相关系数； A 煤中灰分，%； W 煤中水分，%； Xx 煤的吸附瓦斯含量，m3/t（标准状态下）。,水分影响上限,25,二 、煤层瓦斯含量测定,瓦斯含量计算公式,现场,测定流程,26,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,煤的工业分析、密度及吸附常数是间接法测定瓦斯含量的基础数据。,瓦斯等温吸附装置,5E-MAG6600全自动工业分析仪,27,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,根据瓦斯含量与瓦斯压力关系近似计算方法 式中： 煤层瓦斯含量系数,28,二 、煤层瓦斯含量
13、测定,2.2 直接测定法,测定流程,29,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,取样,1）取芯钻头取煤芯,2）普通实心钻头孔口接样,取样装备,30,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,装样解吸,31,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量的计算： 法,式中: a、b为待定常数，当 时， ，a值即为所求的损失瓦斯量。,与 成线性关系,32,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量的计算：幂函数法 式中：qt时间t对应的瓦斯解吸速度，cm3/min； q0初始时刻对应的瓦斯解吸速度，cm3/min； t 包括取样时间t0在内的瓦斯解吸时间，min； n
14、瓦斯解吸速度衰减系数，0n1。,33,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量的计算：幂函数法 式中：Vs煤样损失瓦斯量，cm3； t0 煤样暴露时间，min。,34,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量：取样时间尽可能短,t1,t1,V1,V1,35,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,残存瓦斯量测定,恒温水浴,U型水银 真空计,冷却器,气体量管,平衡瓶,真空泵,煤样罐,抽真空管,真空脱气装置,36,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤1、启动真空泵，将系统抽真空。,真空脱气法,37,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤2、松开螺旋夹，煤样罐内气体进入真空系统。,真空
15、脱气法,38,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤3、调整量筒液面高度。,真空脱气法,39,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤4、向真空管抽真 空，将负压转为正压，气体导入量筒。,真空脱气法,40,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,粉碎前脱气，分别在常温和加热至95-100恒温进行真空脱气，直至30min内泻出瓦斯量小于10cm3为止；粉碎后脱气，将煤样放入球磨罐中密封破碎，之后进行真空集气。,41,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,直接法测试瓦斯含量的计算 含有空气解吸、损失气体或脱出气体的体积,式中：Vtn0 换算为标准状态下的气体体积，cm3； CO2 标准状态下氧的浓度，%。,42,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,直接法测试瓦斯含量的计算 各阶段煤样瓦斯含量计算,式中：Xi 各阶段煤样瓦斯含量， cm3/g； m 煤样质量(分为空气干燥基和干燥无灰基)，g； Vi 各阶段某种气体体积，cm3。,43,三、瓦斯涌出量的测定和计算,瓦斯涌出量是在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。,绝对瓦斯涌出量：在单位时间内涌出的瓦斯量，单位 m3/min或 m3
