《瓦斯参数测定方法》PPT课件.ppt

5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法5.1 有 关 煤 层 瓦 斯 的 几 个 概 念5.2 煤 层 瓦 斯 含 量 测 定5.3 煤 层 瓦 斯 压 力 测 定5.4 瓦 斯 放 散 初 速 度 测 定5.5 煤 的 坚 固 性 系 数 f值 测 定5.6 煤 层 透 气 性 系 数 测 定 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法v煤 层 原 始 瓦 斯 压 力v煤 层 残 存 瓦 斯 压 力v煤 层 原 始 瓦 斯 含 量v煤 层 残 存 瓦 斯 含 量v煤 的 瓦 斯 容 量v瓦 斯 浓 度v矿 井 相 对 、 绝 对 瓦 斯 涌 出 量v瓦 斯 放 散 初 速 度 v煤 的 坚 固 性 系 数q5.1 有 关 煤 层 瓦 斯 的 几 个 概 念 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法煤 层 原 始 瓦 斯 含 量 当 煤 层 未 受 采 动 影 响 而 处 于 原 始 赋 存 状 态 时 ，单 位 重 量 煤 中 所 含 有 的 换 算 成 标 准 状 态 下 （ 0 ，0.1MPa） 的 瓦 斯 体 积 称 之 为 煤 层 原 始 瓦 斯 含 量 ， 它常 用 m3/t和 cm3/g作 计 量 单 位 。煤 层 残 存 瓦 斯 含 量 当 煤 层 受 采 动 影 响 而 涌 出 一 部 分 瓦 斯 后 ， 单 位重 量 煤 中 所 含 有 的 换 算 成 标 准 状 态 下 的 瓦 斯 体 积 称之 为 煤 层 残 存 瓦 斯 含 量 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法煤 层 原 始 瓦 斯 压 力 当 煤 层 未 受 采 动 影 响 而 处 于 原 始 赋 存 状 态 时 ，煤 中 平 衡 瓦 斯 压 力 称 之 为 煤 层 原 始 瓦 斯 压 力 ， 其 物理 单 位 为 MPa（ 兆 帕 ） 。煤 层 残 存 瓦 斯 压 力 当 煤 层 受 采 动 影 响 涌 出 一 部 分 瓦 斯 后 ， 此 时 煤层 中 残 留 瓦 斯 的 压 力 大 小 称 之 为 煤 层 残 存 瓦 斯 压 力 ，单 位 为 MPa。 煤 层 的 残 存 瓦 斯 压 力 总 小 于 原 始 瓦 斯压 力 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法煤 的 可 解 吸 瓦 斯 含 量 煤 自 原 始 瓦 斯 含 量 与 0.1 MPa瓦 斯 压 力 下 的 煤 层 残 存 瓦斯 含 量 之 差 称 之 为 煤 的 可 解 吸 瓦 斯 含 量 ， 其 物 理 单 位 为 m3/t或 cm3/g。 煤 的 可 解 吸 瓦 斯 含 量 大 致 代 表 单 位 重 量 的 煤 在 开 采过 程 中 在 井 下 可 能 涌 出 的 瓦 斯 量 。煤 的 瓦 斯 容 量 当 煤 中 瓦 斯 压 力 无 限 升 高 时 ， 单 位 重 量 煤 所 能 吸 附 的 换算 成 标 准 状 态 下 的 瓦 斯 体 积 称 之 为 煤 的 瓦 斯 容 量 。 瓦 斯 容 量与 煤 的 变 质 程 度 有 关 ， 从 褐 煤 到 无 烟 煤 ， 随 着 煤 的 变 质 程 度的 升 高 ， 瓦 斯 容 量 也 随 着 加 大 。 瓦 斯 容 量 实 际 上 是 煤 对 瓦 斯的 极 限 吸 附 量 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法瓦 斯 浓 度 单 位 体 积 空 气 中 所 含 有 的 瓦 斯 体 积 的 体 积 百 分 数称 之 为 瓦 斯 浓 度 ， 常 用 %作 单 位 ， 我 们 常 说 的 瓦 斯 浓度 为 1%表 示 的 是 井 下 每 1m3大 气 中 含 有 0.01m3的 瓦 斯 。矿 井 相 对 瓦 斯 涌 出 量矿 井 绝 对 瓦 斯 涌 出 量 qA)用 于 民 用 （ 甲 烷 浓 度 在 30%-80%） 仅 限 于 高 浓 度 瓦 斯 的 应 用 ， 但 由 于 我 国 大 部 分 煤 矿 地 处 偏 远 ，利 用 起 来 存 在 非 常 大 的 的 局 限 性 。qB) 工 业 瓦 斯 锅 炉 （ 甲 烷 浓 度 在 30%-80%） 。 该 种 方 式 采 用 的 燃 料 的 直 接 燃 烧 ， 燃 料 的 利 用 效 率 相 对 较 低 ，且 适 合 于 离 城 市 相 对 较 近 的 煤 矿 。qC) 瓦 斯 发 电 （ 甲 烷 浓 度 在 4%） 投 资 低 ， 建 设 周 期 短 ， 就 地 消 化 ， 就 地 应 用 或 远 距 离 输 送 ，规 模 可 大 可 小 ， 灵 活 方 便 。qD) 地 面 抽 采 ， 做 LNG或 CNG（ 甲 烷 浓 度 80%） 起 步 阶 段 ， 目 前 仅 有 中 石 油 、 中 联 煤 两 家 公 司 正 在 开 展 该 方面 的 研 发 。qE)氧 化 销 毁 甲 烷 浓 度 1%， 目 前 仅 有 几 个 示 范 项 目 ， 主 要 是 风 排 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法瓦 斯 放 散 初 速 度 ( p) 它 是 一 个 假 定 指 标 ， 表 示 充 有 瓦 斯 的 煤 样 放 散 瓦 斯 快 慢的 一 个 指 标 ， 无 量 纲 。煤 的 坚 固 性 系 数 ( f ) 反 映 煤 体 破 坏 程 度 的 一 个 指 标 ， 无 量 纲 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法q5.2 煤 层 瓦 斯 含 量 测 定 5.2.1 煤 层 瓦 斯 含 量 测 定 方 法 分 类1.根 据 应 用 范 围 ： 地 质 勘 探 钻 孔 中 应 用 方 法 煤 矿 井 下 应 用 方 法2.根 据 方 法 特 点 ： 直 接 测 定 法 间 接 测 定 方 法 直 接 测 定 法 比 较 简 单 ， 直 接 从 煤 、 岩 试样 中 抽 出 瓦 斯 ， 测 定 其 成 分 和 瓦 斯 含 量 。 比 较 复 杂 ， 先 测 定 孔 隙 率 、 a、 b值 ，煤 的 工 业 分 析 ， 再 计 算 瓦 斯 含 量 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法q5.2.2 煤 层 瓦 斯 含 量 直 接 测 定 方 法 1.煤 的 残 存 瓦 斯 含 量 测 定 方 法(1)取 样 。 采 取 新 鲜 煤 芯 或 碎 煤 约 200g， 装 入 特 制 密 封 容 器（ 真 空 罐 ） 中 加 以 密 封 。(2)试 验 室 脱 气 与 气 体 分 析 。 试 样 送 到 试 验 室 后 常 温 脱 气 ， 之 后 加 热 至 95 进 行真 空 脱 气 ， 抽 出 气 体 进 行 色 谱 分 析 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 (3)煤 样 粉 碎 。 煤 样 脱 气 结 束 后 ， 打 开 真 空 罐 取 出 煤 样 ， 放 进 密 封 球磨 罐 进 行 粉 碎 。 要 求 粉 碎 后 煤 样 绝 大 部 分 （ 80%以 上 ） 的 粒 度 在0.25mm以 下 。(4)粉 碎 后 脱 气 与 气 体 分 析 。 将 装 有 已 粉 碎 煤 样 的 密 封 球 磨 罐 进 行加 热 和 真 空 脱 气 ， 方 法 同 步 骤 （ 2） ， 直 到 基 本 上 无 气 体 解 吸 为 止 。(5)煤 样 称 重 与 工 业 分 析 。(6)煤 中 残 存 瓦 斯 量 计 算 。 根 据 2个 阶 段 脱 气 的 气 体 分 析 结 果 中 的 氧含 量 ， 扣 除 混 入 的 空 气 成 分 ， 即 换 算 出 了 无 空 气 基 的 煤 层 气 体 成 分 ， 再 根 据 两 次 脱 气 抽 出 的 气 体 体 积 和 成 分 、 煤 样 重 量 和 煤 质 分 析 结 果 ，就 很 容 易 算 出 单 位 重 量 煤 （ 或 可 燃 质 ） 中 含 有 的 瓦 斯 量 ， 即 煤 的 残存 瓦 斯 含 量 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法2.地 勘 期 间 煤 层 瓦 斯 含 量 测 定 方 法 (解 吸 法 ) 解 吸 法 ： 解 吸 法 是 把 钻 孔 专 用 仪 器 采 样 改 为 用 普 通 岩 芯 管 在 孔底 取 煤 芯 ， 利 用 密 封 罐 在 煤 芯 提 升 到 孔 口 时 采 样 。 这 样 做的 结 果 ， 既 减 少 了 钻 孔 采 样 的 困 难 ， 又 不 影 响 正 常 钻 进 。该 法 自 1973年 起 在 美 国 得 到 了 广 泛 的 应 用 ， 抚 顺 分 院 在1978-1981年 期 间 在 我 国 一 些 煤 田 进 行 了 工 业 试 验 ， 完 善 了测 定 中 所 用 的 成 套 仪 器 和 工 具 ， 已 使 之 标 准 化 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法测 定 步 聚 ： (1)采 样 。 用 普 通 煤 芯 管 采 取 煤 芯 ， 当 煤 芯 升 到 地 表 之 后 ， 选 取 煤 样 约300 400g， 立 即 放 进 密 封 罐 中 密 封 ， 在 采 样 过 程 中 ， 测 定 提 升 煤 芯和 煤 样 在 空 气 中 的 暴 露 时 间 。(2)瓦 斯 解 吸 规 律 测 定 。 测 定 进 行 2h后 ， 把 煤 样送 到 试 验 室 进 行 脱 气 和 气 体 分 析 。 解 吸 速 度 测 定 仪 (3)损 失 瓦 斯 量 计 算 。 煤 样 解 吸 测 定 前 损 失 的 瓦斯 量 取 决 于 煤 芯 在 孔 内 和 空 气 中 的 暴 露 时 间 和煤 样 瓦 斯 解 吸 规 律 。 1 -水 箱 2-量 管 3-螺 旋 夹 4-吸 气 球 5-温 度 计 6-弹 簧 夹 7-胶 管 8-穿刺 针 头 9-密 封 罐 1 95 8762 34 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 试 验 和 理 论 分 析 结 果 表 明 ， 煤 样 在 刚 开 始 暴 露 的 一 段 时间 内 ， 累 计 解 吸 的 瓦 斯 量 与 煤 样 解 吸 时 间 的 平 方 根 成 正 比 例 ，即 ：式 中 V z煤 样 自 暴 露 时 起 到 解 吸 测 定 进 行 时 间 为 t时 的 瓦 斯 总 解 吸 体 积 ，ml； t0煤 样 在 解 吸 测 定 前 的 暴 露 时 间 ， min； t1提 钻 时 间 ， 据 经 验 煤 样 在 钻 孔 的 暴 露 时 间 取 为 ， min； t2解 吸 测 定 前 煤 样 在 地 面 的 暴 露 时 间 ， min； t煤 样 解 吸 测 定 的 时 间 ， min； k比 例 常 数 ， 。 ttkVz 0 210 21 ttt 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 解 吸 实 验 测 出 的 瓦 斯 解 吸 量 V仅 为 煤样 总 解 吸 量 Vz的 一 部 分 ， 仅 是 t0到 t那 部分 解 吸 量 ， 解 吸 测 定 前 煤 样 在 暴 露 时 间 t0时 已 损 失 的 瓦 斯 量 由 此 从 现 场 应 用 该 法 的 来 看 ， 损 失 瓦 量 量占 煤 样 总 瓦 斯 量 的 10% 50%。 应 尽 量减 少 煤 样 的 暴 露 时 间 ， 尽 量 选 取 较 大 粒度 的 煤 样 ， 以 减 小 瓦 斯 损 失 量 在 煤 样 总 瓦 斯 量 中 所 占 的 比 重 。 20 VttkV 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 (5)瓦 斯 含 量 计 算 。(4)试 验 室 煤 样 脱 气 及 气 体 成 分 分 析 。 经 过 解 吸 测 定 结 束 后 的 煤样 ， 在 密 封 状 态 下 应 尽 快 送 到 试 验 室 进 行 加 热 （ 95 ） 真 空 脱 气 ，脱 气 完 后 将 煤 样 粉 碎 ， 再 进 行 一 次 脱 气 ， 最 后 进 行 气 体 组 分 分 析 。脱 气 、 粉 碎 和 气 体 分 析 方 法 与 测 残 存 瓦 斯 含 量 时 相 同 。 G VVVVX 43210 X0煤 样 的 原 始 瓦 斯 含 量 ， ml/g;V1煤 样 解 吸 测 定 中 累 计 解 吸 出 的 瓦 斯 体 积 ， ml；V2计 算 出 的 瓦 斯 损 失 量 ， ml；V3煤 样 粉 碎 前 的 脱 出 量 ， ml；V4煤 样 粉 碎 后 的 脱 出 量 ， ml；G煤 样 重 量 ， g； 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法3.井 下 煤 层 瓦 斯 含 量 测 定 方 法 钻 屑 解 吸 法 (A) 钻 屑 解 吸 法 (A)： 抚 顺 分 院 在 1980 1981年 期 间 ， 研 究 提 出 了 钻 屑 解 吸 法 测 定煤 层 瓦 斯 含 量 的 方 法 。 方 法 的 原 理 与 地 勘 钻 孔 所 用 解 吸 法 相 同 。与 在 地 勘 钻 孔 中 应 用 相 比 ， 该 法 在 井 下 煤 层 钻 孔 应 用 的 明 显 优 点 ： 一 是 煤 样 暴 露 时 间 短 ， 一 般 为 3 5min， 且 易 准 确 进 行 测 定 ； 二 是 煤 样 在 钻 孔 中 的 解 吸 条 件 与 在 空 气 中 大 致 相 同 ， 无 泥 浆和 泥 浆 压 力 的 影 响 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法 式 中 q-在 解 析 时 间 为 t时 煤 样 的 解 析 瓦 斯 速 度 ， ml/g.min q1-t=1min时 煤 样 瓦 斯 解 析 速 度 ， ml/gmin； k-解 析 速 度 随 时 间 的 衰 减 系 数 ；在 解 析 时 间 为 t时 累 计 的 解 析 瓦 斯 量 为 ：钻 孔 见 煤 至 煤 样 测 定 解 吸 这 段 时 间 t 0， 损 失 的 瓦 斯 量 为 ：式 中 Q2-煤 样 瓦 斯 损 失 量 ， ml/g； t0-煤 样 解 吸 前 的 暴 露 时 间 ， min。当 k1时 ， 无 解 ， 只 适 用 于 k30mm 时 ， 冲 击 次 数 n， 即 为 3次 ， 按 以 上步 骤 继 续 进 行 其 它 各 组 测 定 ； 当 l 30mm时 ， 第 一 组 试 样 做 废 ， 每 份 试 样 冲击 次 数 n改 为 5次 ， 按 以 上 步 骤 进 行 冲 击 、 筛 分 和测 量 ， 仍 以 5份 作 为 一 组 ， 测 定 煤 粉 高 度 。 按 下 式 计 算 每 组 煤 的 坚 固 性 系 数 f值 :式 中 f为 煤 的 坚 固 性 系 数 ； n每 份 试 样 的 冲 击 次 数 ， 次 ； l每 组 试 样 筛 下 粉 煤 计 量 高 度 ， m； 3组 煤 所 测 f值 的 算 术 平 均 值 即 为 测 定 地 点 煤样 的 坚 固 性 系 数 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法q5.6 煤 层 透 气 性 系 数 测 定 煤 是 一 种 多 孔 介 质 ， 在 一 定 的 压 力 梯 度 下 ， 气 体 和 液 体可 以 在 煤 体 中 流 动 。 煤 层 透 气 性 是 煤 层 对 瓦 斯 流 动 的 阻 力 ，通 常 用 透 气 性 系 数 来 表 示 。 透 气 性 系 数 越 大 ， 瓦 斯 在 煤 层 中流 动 越 容 易 。 煤 层 透 气 性 系 数 在 我 国 普 遍 用 的 单 位 是 m 2/MPa2.d。 物 理 意 义 ： 在 1米 长 的 煤 体 上 ， 当 压 力 平 方 差 为 1 MPa2时 ，通 过 1m2煤 层 断 面 ， 每 日 流 过 的 瓦 斯 立 方 米 数 。 1m2/MPa2.d相 当 于 0.025mD(毫 达 西 )。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法式 中 K-煤 样 的 透 气 性 系 数 ， D(达 西 )； -在 试 验 温 度 条 件 下 ， 瓦 斯 的 绝 对 粘 度 ， 10 -3PaS； P1、 P2-煤 样 瓦 斯 入 口 和 出 口 端 的 瓦 斯 压 力 ， Mpa； Pa-大 气 压 力 ， 0.1Mp； Q-瓦 斯 流 量 ， cm3/s； L-煤 样 长 度 ， cm； F-煤 样 断 面 积 ， cm2； 2 21 20.2 PaQL F(P -P )K 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法(1)打 钻 测 定 煤 层 瓦 斯 压 力 。(2)卸 压 测 定 钻 孔 瓦 斯 流 量 。(3)测 定 煤 层 瓦 斯 含 量 系 数 。(4)煤 层 透 气 性 系 数 计 算 方 法 (径 向 非 稳 定 流 ) 中 国 矿 业 大 学 在 实 验 室 用 相 似 模 拟 试 验 方 法 进 行 试验 ， 并 以 相 似 准 数 表 达 了 试 验 的 结 果 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法F 0=10-2 1， =A1.61B0.61 F0=1 10， =A1.39B0.39 F0=10 102 =1.1A1.25B0.25 F0=102 103， =1.83A1.14B0.137 F0=103 105， =2.1A1.11B0.111 F0=105 107， =3.14A1.07B0.07 P0-煤 层 原 始 绝 对 瓦 斯 压 力 (表 压 力 加 0.1)， MpaP1-钻 孔 中 的 瓦 斯 压 力 ， 一 般 为 0.1Mpa； -煤 层 的 透 气 性 系 数 ， m2/Mpa2.d；r1-钻 孔 半 径 ， m；q-在 排 放 时 间 为 t时 ， 钻 孔 煤 壁 单 位 面 积 的 瓦 斯流 量 ， m3/m2d；X-煤 的 瓦 斯 含 量 ， m3/m3；P-确 定 煤 瓦 斯 含 量 时 的 瓦 斯 压 力 ， Mpa；Q-时 间 t时 测 出 的 钻 孔 流 量 ， m3/t；L-钻 孔 见 煤 长 度 ， 一 般 为 煤 层 厚 度 ， m；t-从 钻 孔 卸 压 到 测 定 钻 孔 瓦 斯 流 量 时 间 ， d；a-煤 层 瓦 斯 含 量 系 数 ，0 1.5012 2 20 1 1A Y= F =B 4 pqrA= , B= p -p ar 1Qq=2 rL 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法(1) 打 测 压 钻 孔 时 要 注 意 有 无 喷 孔 ， 如 有 喷 孔 ， 应 测 定喷 出 的 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 煤 体 透 气 性 的 变化 规 律 ；(3) 卸 压 后 到 测 定 流 量 时 间 长 时 ， 钻 孔 见 长 度 可 不 取 实测 值 (如 钻 孔 与 煤 层 面 斜 交 )， 而 取 等 于 煤 厚 ； 如 时间 短 ， 则 L值 可 取 为 钻 孔 见 煤 长 度 。 5 瓦 斯 参 数 测 试 方 法q5.6 其 它 瓦 斯 参 数 测 定 井 下 取 样 ， 送 实 验 室 做 等 温 吸 附 测 定 。井 下 采 样 ， 送 实 验 室 测 定 (真 密 度 、 视 密 度 )1g煤 所 拥 有 的 表 面 积 ， 井 下 采 样 ， 送 实 验 室 测 定吸 附 平 衡 煤 样 卸 压 后 ， 瓦 斯 吸 附 量 与 时 间 变 化 关 系 呈 幂 指数 关 系 。