1.煤层基础参数现场测定实验方案1.1煤层瓦斯压力测试原理直接测定法是用钻机由岩层巷道或煤层巷道向预定测量瓦斯地点打一钻孔，然后在钻孔中放置测压装置、再将钻孔严密封闭堵塞并将压力表和测压装置相连来测出瓦斯压力如果在测定中能保证钻孔封闭严密不漏气，则压力表显示的数值即为测点的实际瓦斯压力，直接测定法的关键是封闭钻孔的质量根据封孔原理的不同，一般将封孔方法分为被动式与主动式本次采用主动式封孔技术主动式封孔测压其基本原理是：固体封液体、液体封气体，即采用液体作为封孔介质，以解决固体物不能严密封闭钻孔周边裂隙孔道的困难，并保持封孔液体的压力在测定过程中始终大于瓦斯压力，粘液在压力作用下渗入钻孔周边裂隙，杜绝瓦斯的泄漏；为了维持封孔液体的压力和防止液体向钻孔内渗透，在封孔液体段的两端用固体封闭钻孔，形成用固体封液体、用液体封气体的封孔系统实践表明：在石灰岩、砂岩和页岩岩层的钻孔中，均能严密封闭钻孔，准确测得煤层的瓦斯压力经过几十年的发展，目前主动式瓦斯测压封孔装置主要有：普通胶圈-压力粘液封孔测压仪、可变形胶圈-压力粘液封孔测压仪、胶囊-压力粘液封孔测压仪、胶圈(囊)-三相泡沫密封液测压仪等MWYZ系列化主动式煤层瓦斯压力测定仪主要由钢丝胶囊、护管和连接罐、尼龙压力管(瓦斯管、胶囊液管和压力粘液管)、储能罐和压力粘液罐、手动试压泵、粘液封孔材料以及测压仪表等配件组成。
测定仪器测试仪器选用华北科技学院研发的MWYZ-IV型和MWYZ-III型主动式煤层瓦斯压力测定仪各一套具体技术参数如表1.1所示表1.1测压仪参数表型号单根胶囊长度(m)粘液段长度(m)胶囊直径(mm)适用钻孔(mm)连接方式MWYZ—III1.724860~65中间直杆，夕卜护管连接MWYZ—IV1.526070~75全部护管连接测点布置为了最大限度反应原始状态下的瓦斯压力，选择测压地点时可参考以下原则：1）目标煤层周围无采空区，尽量选取在最近几年新开拓的岩石巷道；2）瓦斯压力测量地点一般选择在岩石比较完整，周边地质结构单一的岩巷中进行；测压钻孔及其见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围，测压煤层周围岩石致密完整、无破碎带；3）煤层50m范围内无断层和大的裂隙；岩层无淋水，岩柱（垂高）至少大于10m；4）同一地点测压应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于20m瓦斯压力测量结果以压力较大的一个为准；5）选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度一般的岩巷打钻，钻孔深度不宜小于10m；6）应尽可能地选择施工仰角测压孔，避免俯角和水平钻孔，同一地点测压应打两个测压钻孔；7）如果选取顺煤层施工测压孔，钻孔长度不小于40m,选取构造简单有利于施工的最新开掘的煤巷。
测试步骤及方法具体测试过程如下：1）钻机队在指定地点打钻，钻头采用直径为75mm，记录见煤时间后，继续钻进，同时测压技术人员准备瓦斯压力测定设备，配置压力粘液和乳化液，同时连接部分管线，准备测压仪安装工具；2）煤层钻进3.8m停止钻进，退出钻杆，准备安装测压仪，记录钻孔具体参数见表1.2；表1.2钻孔参数表钻孔编号测压钻孔参数土寸孔长度（m）岩孔长煤孔长度（m）瓦斯室长度（m）夹角（0）倾角（0长度（m）度(m)3）测压技术人员首先送入钻孔第一胶囊，然后连接开槽的连接管和2根尼龙压力管（首先将输送胶囊液和测瓦斯用的尼龙压力管放入连接管中），第一胶囊和连接管送入钻孔，连接管伸出钻孔约30cm，连接第二胶囊，送进钻孔，最后连接并送入钻孔2根长2m的外接护管（首先将输送胶囊液、输送压力粘液、测瓦斯用的尼龙压力管放入外接护管中），护管伸出钻孔约25cm,利用铁丝将外露护管固定在水管上，测压仪封孔段和外接护管安装完成4）分别将输送胶囊液、输送压力粘液、测瓦斯用的尼龙压力管连接手动液压泵、压力粘液管和液压泵、三通阀门5）利用手动液压泵向胶囊中注入乳化液，加压至1.5MPa,用力拉护管，未拉动，说明胶囊已充分膨胀，继续加压，最终压力达到5.2MPa；6）利用手动液压泵输送乳化液压粘液罐里的压力粘液（膨润土+水，1:7）进入钻孔两根胶囊之间的封孔段，在粘液罐里乳化液和压力粘液有明显的分层，通过称重确定罐内粘液是否输送完，及时罐内补充粘液；最终孔内压力粘液压力达到1.7MPa（必须大于预计测定煤层瓦斯压力）。
7）利用压风进行补气，补气压力约0.7MPa（表压），补气约50分钟，停止补气，压力降为0.45MPa，观测30分钟，压力基本稳定在0.45MPa8）将手动液压泵、压力粘液罐、各种管线等布置在合理的位置，并用铁丝将外露护管挂上警示牌，测压技术人员及矿上相关人员离开测压位置1.2瓦斯含量测定瓦斯含量测定有直接法和间接法，本次测定采用直接法直接法测定煤层瓦斯含量，即利用煤层钻孔采集原始煤体煤芯，用解吸法直接测定煤层原始瓦斯解吸量该方法测定煤层瓦斯含量的原理是：根据煤样瓦斯解吸量、解吸规律推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前的损失瓦斯量，再利用解吸测定后煤样中残存瓦斯量计算煤层瓦斯含量其测定步骤如下：1）在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤电钻垂直煤壁打一个①42mm孔深8m以上的钻孔，当钻孔钻至8m时开始取样，并记录采样开始时间ti；2）将采集的新鲜煤样装罐并记录煤样装罐后开始解吸测定的时间t2,用FHJ-2型瓦斯解吸速度测定仪（图1.1）测定不同时间t下的煤样累积瓦斯解吸总量Vi，瓦斯解吸速度测定一般为30min,解吸测定停止后拧紧煤样罐以保证不漏气，送实验室测定煤样残存瓦斯量图1.1瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图1—量管2—吸气球3—温度计4—水槽5—螺旋夹6—弹簧夹7—排水管8—排气胶管9—16号胸骨穿刺针头10—密封罐11—压紧螺帽3）损失量计算将不同解吸时间下测得数据按下式换算成标准状态下的体积Voi:V_273.2（P0-9.81hw-PS"0i一1.013105（273tw）（1-1）式中V0i—算成标准状态下的解吸瓦斯体积，ml；Vi—不同时间解吸瓦斯测定值，ml；Po—大气压力，Pa；hw—量管内水柱高度，mm；Ps—hw下饱和水蒸汽压力，Pa；tw—量管内水温，°C。
煤样解吸测定前的暴露时间为to,to=t2-tl；不同时间t下测定的Voi值所对应的煤样实际解吸时间为to+t;用绘图软件绘制全部测点［(to+t)°5,Voi］，将测点的直线关系段延长与纵坐标轴相交，直线在纵坐标轴上的截距即为瓦斯损失量4) 将解吸测定后的煤样连同煤样罐送实验室测定其残存瓦斯量、水分、灰分等；5) 根据煤样损失瓦斯量、解吸瓦斯量及残存瓦斯量和煤中可燃质重量，即可求出煤样的瓦斯含量：X=(Vo+Vi+V2)/Go(1-2)式中：Vo—标准状态下煤样瓦斯解吸量，ml；Vi—标准状态下煤样损失瓦斯量，ml；V2—标准状态下煤样残存瓦斯量，ml；Go—煤样可燃质重量，g；X—煤样瓦斯含量，ml/g1.3透气性系数煤层透气性表征煤层对瓦斯流动的阻力，它反映着瓦斯沿煤层流动的难易程度，通常用透气性系数表示原始煤层的渗透性往往是很低的，瓦斯在煤层的中的流速也很小，流动状态属于层流运动，即瓦斯流动速度与压力梯度成正比，一般符合达西定律，与煤的渗透性成正比，一般用下式表示：kdp(1-3)v=卩dx式中：v为瓦斯流动速度，cm/s；k为煤的渗透率，cm2；」为瓦斯的绝对粘8度，1.08X0"Pas；dp为在dx内的压差，MPa；dx为与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，cm。
如果把流速v变成为压力1个标准大气压、温度相当于煤体温度条件下的瓦斯流量，即：kpdp_kdPdp(1-4)=——扎JPndx2"pndxdx式中：q为比流量，即在1m2煤面上1d通过的瓦斯量，m3/m2；Pn为标准大气压，■为透气性系数，—,m2/(MPa2d)2旳我国煤层的透气性系数常用的单位为m2/(MPa2d)，其物理意义是在1m长的煤体上，当压力平方差为1MPa2时，通过1m2煤层断面，每日流过的瓦斯量m31m2/(MPa2d)相当于0.025mD(毫达西)研究表明：实验室测定煤样的渗透性不能代表地下煤层的透气性能表1.3径向不稳定流动参数计算公式流量准数丫时间准数Fo=系数a指数b煤层透气性系数k常数A常数BbA丫=aF°—-2102~11-0.381—A1.%164A-q「1..1.5BTP1~101-0.281x=a1.39b2.5610~1020.93-0.201&=1.1A125102~1030.588-0.121人=1.83人.1忻A22P0-P1B2a「1103~1050.512-0.101&=2.1A1.11B?105~1070.344-0.0651人=3.14A1.07B而式中：丫为流量准数，无因次；Fo为时间准数，无因次；a、b为系数与指数，无因次；po为煤层原始绝对压力，MPa；p1为钻孔排瓦斯时的瓦斯压力，一般为0.1MPa；n为钻孔半径，m;■为煤层透气性系数m2/(MPa2d)；q在排放瓦斯为t时钻孔煤壁单位面积瓦斯涌出量，m3/m2・d；q—；Q为在时2町丄间为t时钻孔流量，m3/d；L为煤孔长度，m;t为从开始排放瓦斯到测量瓦斯1流量q时的时间间隔，d；:-为瓦斯含量系数，m3/(tMPa2)。
计算过程为：先计算A、B,然后任选一个F值，根据其相应的公式计算.最后根据、B计算F若F值在原定范围内，则•即是煤层透气性系数，否则重新进行计算1）现场测定煤层瓦斯透气性系数的步骤：按照上述计算过程主要在现场需要测定钻孔的瓦斯流量，按照如下步骤进行钻孔瓦斯流量的测定：（1）打钻测定煤层瓦斯压力在石门或围岩巷道向煤层打测压钻孔，钻孔应该打穿煤层全厚打钻过程中，记录钻孔见煤或穿透煤层的时间，取这两个时间的平均值作为钻孔开始排放瓦斯的起始时间打钻完成后清洗钻孔，封孔测压封孔要求严密不漏气，岩孔封孔长度不小于3m当压力表读数上升至稳定的最高位时，即为煤层原始瓦斯压力值2）卸压测定钻孔瓦斯流量测定完成瓦斯压力后，将煤气表或浮子流量计按照下图与测压管路连接，然后打开阀门，测定钻孔瓦斯流量，每天测试一次测量计算出的透气性系数是流动场煤层透气性系数的平均值3）测定煤的瓦斯含量系数煤层的瓦斯含量系数一般是在实验室通过吸附试验确定的4）计算煤层透气性系数依据测定数据，按照现场测定煤层透气性系数的计算公式进行透气性系数的计算2）现场测定透气性系数的注意事项（1）打钻时要注意有无喷孔，如有喷孔应测定喷出煤量，然后折合计算孔径。
2）测定钻孔瓦斯流量时，可在不同时间多测几个瓦斯流量值，以便分析距钻孔不同距离媒体透气性的变换规律3）在卸压后到测定流量时间长时，钻孔见煤长度可不取实测值，而取煤厚值；如时间短，可取钻孔见煤长度L;（4）计算透气性系数时，若排放瓦斯时间小于1天，则先选用F=1〜10进行试算；若排放瓦斯时间大于1天，则先选用F=102〜103进行试算1.4钻孔瓦斯涌出衰减系数测算方法：选择具有代表性的地区打钻孔，先测定其初始瓦斯流量:_,经过时间t后，在测瓦斯流量，用下式计算：疔（1-5）q、钻。