瓦斯含量和瓦斯压力测定20081026

煤层瓦斯含量与瓦斯压力测定王兆丰河南省特聘教授、河南理工大学博导，研究员，煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心常务副主任，瓦斯防治技术与装备研究所所长。国家安全生产专家，中国煤炭学会瓦斯地质专业委员会副主任委员，河南省职业安全健康协会副理事长。联系电话：[phone]电子邮箱：[e-mail]内容提要一、瓦斯含量与瓦斯压力测定的重要性二、煤层瓦斯压力测定方法三、煤层瓦斯含量测定方法1.相关规定的要求《煤矿安全规程》《防治煤与瓦斯突出细则》《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》（AQ1024-2006）《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006）《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006）一、瓦斯压力（含量）测定的重要性2.瓦斯治理的需要煤矿通风设计矿井瓦斯涌出量预测瓦斯突出防治煤矿井下瓦斯抽采一、瓦斯压力（含量）测定的重要性一、瓦斯压力（含量）测定的重要性3.瓦斯资源开发利用的需要煤矿瓦斯抽采系统设计煤层气商业开发瓦斯（煤层气）利用设计二、煤层瓦斯含量测定集气法瓦斯含量测定方法直接法间接法地勘方法井下方法解吸法钻屑解吸法密闭法二、煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量：单位重量煤中所含有的换算成标准状态下（20℃，0.1MPa）的瓦斯体积称之为煤层瓦斯含量，单位m3/t和cm3/g。国际上现在普遍采用地勘解吸法来测定煤层瓦斯含量，建立了相关的测定标准：煤层气含量测定方法（GB/T19559-2004）地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（AQ1046-2007）USBM解吸法Smith—Williams解吸法二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法PCH4煤层泥浆vv钻孔P泥浆P泥浆P空气PCH4PCH4二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法1234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234123412341234我国地勘瓦斯含量测定装备二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法欧美国家地勘瓦斯含量测定装备二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法ttKVs0瓦斯损失量计算图二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法采样：用普通岩芯管采取煤芯(煤样)，当煤芯(煤样)提升至地表之后选取300～400g立即装入密封罐中，在采样过程中，注意记录开始提芯、煤芯提至地表和装罐前在空气中暴露的时间。瓦斯解吸量测定：煤样装入密封罐后，先将穿刺针头插入罐盖上的胶垫圈，再拧紧罐盖，并通过针头将密封罐与解吸仪连接，开始测量煤样解吸瓦斯量随时间的变化。测量2h后，得出累计瓦斯解吸体积V1，然后取出针头，将密封罐送至实验室，进行脱气和气体分析。损失瓦斯量推算：煤样在最初暴露的一段时间内，累计解吸瓦斯量与煤样解吸时间的平根成正比，即：VS=K残存瓦斯量实验室测定：经解吸测定的煤样，在密封状态下加热(95℃)真空脱气，确定V3，再粉碎后脱气，确定V4，气体组份分析煤样称重并进行工业分析tto二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法地勘瓦斯含量可靠性评价：⑴煤样灰分含量不得超过40%；⑵煤样现场瓦斯解吸测定后，必须密封装罐，脱气前不漏气；⑶煤样重量不得少于250g；⑷瓦斯带测定煤样甲烷成分不低于80%；⑸同一钻孔同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值，且均满足条件⑴～⑷时，按最大值确定煤层瓦斯含量。存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少04812020040060080010001200Xl(cm3/g．r)h(m)二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法11161712D15N2G141318F10E2C1CH19987354BA64ⅡⅠdacb泥浆介质取芯模拟试验装置结构示意图二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法研制的泥浆介质取芯模拟测试装置解决了二大技术难题：1.提钻过程泥浆压降模拟；2.提钻过程漏失瓦斯量实时精确测定。测定装备申报了发明专利实验得到了“漏失瓦斯量不能用简单的计算公式来推算”的结论二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法提钻过程泥浆压降实际模拟曲线模拟逼近推算提钻过程煤芯漏失瓦斯量的测试方法地面瓦斯解吸测定钻孔煤芯地勘钻孔提钻记录实验室煤样处理漏失瓦斯量给定瓦斯压力实验室煤样处理模拟测试模拟测试装置残余瓦斯压力测定残余瓦斯压力残余压力比较不相等相等或模拟次数超过5次模拟结束二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法二、煤层瓦斯含量测定（2）钻屑解吸法要求：钻屑采自原始煤体，孔深超过10m钻屑采集方法与器具测定步骤：（1）采样：孔口取样，粒度为1～3mm，煤样100～200g（2）煤样瓦斯解吸量测定（3）取样过程中的瓦斯解吸量推算（4）煤样残存瓦斯量测定（5）瓦斯含量计算二、煤层瓦斯含量测定（2）钻屑解吸法原理：与地勘解吸法类似与地勘解吸法的区别：损失瓦斯量推算方法不同取样损失量推算公式：qt=qoe-kt缺点：无法定点取样；要推算取样损失量、测定残存瓦斯量，测定周期长。]1[102ktekrQ二、煤层瓦斯含量测定（2）钻屑解吸法二、煤层瓦斯含量测定（2）钻屑解吸法Ⅱ型定点取样器Ⅲ型定点取样器Ⅰ型定点取样器二、煤层瓦斯含量测定（3）间接法KPMMAbPabPXadadd1031.0111001001朗格缪尔方法：瓦斯压力测定吸附常数测定工业分析和孔隙率公式计算缺点：需测参数多，周期长煤层原始瓦斯压力：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，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，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。三、煤层瓦斯压力测定三、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测定方法测压方式被动式主动式封孔材料胶圈-粘液封孔注浆封孔黄泥封孔测压地点井下测压地面测压穿层钻孔测压煤层测压二、煤层瓦斯压力测定（1）地面钻孔测压黄泥（石膏）封孔二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压适用条件：封孔长度不能太长，一般10m；测压处岩石坚硬、少裂隙；穿层钻孔测压。注浆封孔法二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压适用条件：松软岩层或煤巷测压；煤层群分层测压；穿层钻孔测压；用于煤层孔测压时，煤层倾角应该大于10°;钻孔长度≥15m.胶圈粘液封孔适用条件：松软岩层穿层钻孔测压或煤巷测压；钻孔长度≤15m。二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压液压封孔适用条件：封孔长度不能太长，一般10m；测压处岩石坚硬、少裂隙；穿层钻孔测压。二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压测压地点选择：同一地点应打两个测压钻孔，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；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。二、煤层瓦斯压力测定测定方法的选择：测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法。在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度≤15m时应采用胶囊一密封粘液封孔测压法；钻孔长度＞15m时应采用注浆封孔测压法。竖井揭煤可采用注浆封孔测压法。测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法。测压时间充足时，宜采用被动测压法。测压时间紧迫时，应采用主动测压法。二、煤层瓦斯压力测定封孔深度：（1）封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求:⊙黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于5m；⊙胶囊一粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度应不小于10m；⊙注浆封孔测压法的封孔深度不小于12m，煤层群分层测压时则应封堵至被测煤层在钻孔侧的顶板或底板；（2）应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。（3）本煤层测压孔封孔应保证其测压气室长不小于1.5m，穿层测压孔的封孔不宜超过被测煤层在钻孔侧的顶板或底板。二、煤层瓦斯压力测定图5-11测压孔Ⅰ类瓦斯压力恢复曲线00.20.40.60.811.21.41.61.8201020304050测定时间（day)表压力（MPa)Ⅰ类瓦斯压力恢复曲线二、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测值可靠性判断：图5-12测压孔Ⅱ类瓦斯压力恢复曲线00.511.522.501020304050测定时间（day)表压力（MPa)Ⅱ类瓦斯压力恢复曲线二、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测值可靠性判断：图5-13测压孔Ⅲ类瓦斯压力恢复曲线00.20.40.60.811.21.41.61.8201020304050测定时间（day)表压力（MPa)Ⅲ类瓦斯压力恢复曲线二、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测值可靠性判断：谢谢大家，欢迎到河南理工大学光临指导！谢谢大家，欢迎到河南理工大学光临指导！