煤层瓦斯含量

山西工程职业学院主讲教师：范红伟

《煤矿安全技术》煤层瓦斯含量安全技术与管理专业教学资源库煤层瓦斯含量

煤层瓦斯含量是地下自然条件下单位质量煤体（或岩体）内所含的瓦斯体积，单位一般用“m3/t”表示，即1t煤中所含瓦斯的体积。

煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时的瓦斯含量称为原始瓦斯含量。可解吸瓦斯含量是指当原始煤体受到采动等因素的影响，煤质在常压和储层温度下自然脱附出来的煤层瓦斯含量，等于煤层原始瓦斯含量与残存瓦斯含量的差值。残存瓦斯含量是指在标准状态下，煤样自然解吸平衡后，残存在煤样中的瓦斯含量。根据文献定义，煤样自然解吸平衡是指每克煤样一周内的平均解吸量小于0.05mL/d。

煤层瓦斯含量是煤层的基本瓦斯参数，是计算瓦斯蕴藏量、预测瓦斯涌出量的重要依据。煤层瓦斯含量的大小，决定于成煤过程中生成的瓦斯量和煤层保存瓦斯的条件。煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越多。煤层瓦斯含量（一）影响煤层瓦斯含量的因素煤田地质史：地层上升时，排放速度加快；地层下降时，缓解了瓦斯向地表散失12煤层的埋藏深度：煤层的埋藏深度越深，瓦斯含量越大3地质构造：封闭地质瓦斯大；开放的，瓦斯小4煤层倾角和露头：倾角大，瓦斯小；有露头、瓦斯小5煤的变质程度：煤的变质程度越高，生成的瓦斯量就越大6煤层围岩的性质：煤层的围岩致密、完整、透气性差时，瓦斯容易保存7水文地质条件：水流带走瓦斯，水大瓦斯小；水小瓦斯大煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量的测定方法有很多种，按照应用范围可以分为地勘阶段测定方法和煤矿生产期间测定方法；按照方法本身的特点，又可以分为直接法和间接法。直接法包括地勘钻孔瓦斯解吸法、井下钻孔瓦斯解吸法等。直接法是直接从采取的煤样中抽出瓦斯，分析并确定煤中的瓦斯成分与瓦斯含量。间接法是先在井下实测或根据已知规律推算煤层瓦斯压力，并在实验室测定煤样的孔隙率、煤样吸附等温线与煤的工业分析参数，最后计算煤层瓦斯含量。（二）煤层瓦斯含量测定方法

目前，地质勘探钻孔法主要采用解吸法测定，包括三个阶段：确定从钻取煤样到把煤样装入密封罐这段时间内的损失瓦斯量；利用瓦斯解吸仪测定密封罐中煤样的解吸瓦斯量；用粉碎法确定煤样的残存瓦斯量。

上述三个瓦斯量相加即得该煤样的总瓦斯含量。1、直接法瓦斯含量测定煤层瓦斯含量残存瓦斯量

损失瓦斯量煤样从暴露到开始测定解析量期间所遗失的瓦斯量。粉碎前脱气量在负压状态下，煤样在粉碎前所解析的瓦斯量。粉碎后脱气量在负压状态下，煤样在球磨机中粉碎到80%以上的煤样粒度小于0.25mm时所解析的瓦斯量。

（1）采样当地勘钻孔见煤层时，用普通岩芯管采取煤芯。当煤芯提出地表之后，选取煤样约300～400g，立即装入密封罐，密封罐结构如图所示。在采样过程中，标定提升煤芯和煤样在空气中的暴露时间。1—罐盖；2—罐体；3—压紧螺丝；4—垫圈；5—胶垫；6—“O”形密封圈煤层瓦斯含量（2）煤样瓦斯解吸规律的测定煤样装入密封罐后，在拧紧罐盖过程中，应先将穿刺针头插入垫圈，以便密封时及时排出罐内气体，防止空气被压缩而影响测定结果。密封后，应立即将密封罐与瓦斯解吸仪相连接，测定煤样瓦斯解吸量随时间的变化而变化的规律。传统的煤芯瓦斯解吸仪如图所示。煤样瓦斯解吸测定一般进行2h，然后再把煤样密封罐封送到试验室进行脱气和气体组分分析。1—量管；2—水槽；3—螺旋夹：4—吸气球；5—温度计；6、8—弹簧夹；7—放水管；9—排气管；10—穿刺针头；11—密封罐煤层瓦斯含量T2钻具提至井口时间T3开始解吸测定时间T1起钻时间煤层瓦斯含量（3）煤样损失瓦斯量的推算

煤层瓦斯含量（4）煤样残存瓦斯含量的试验室测定经过瓦斯解吸仪解吸测定后，煤样在密封状态下应尽快送试验室进行加热，真空脱气。脱气分为两次，第一次脱气后需将煤样粉碎，再进行第二次脱气，根据两次脱出气体量和瓦斯组分，求出煤样粉碎前后脱出的瓦斯量即残存瓦斯量。1—超级恒温器；2—密封罐；3—穿刺针头；4—滤尘管；5—集水瓶；6—冷却管；7—水银真空计；8—隔水瓶；9—吸水管；10—排水瓶；11—吸气瓶；12—真空瓶；13—大量管；14—小量管；15—取气支管；16—水准瓶；17—干燥管；18—分隔球；19—真空泵；A—螺旋夹；B、C、D、E、F—单向活塞；G、H、I、J、K—三通活塞；L、N—120°三通活塞煤层瓦斯含量对送到实验室的煤样进行脱气并抽气进行气体组分分析，测定煤的残存瓦斯含量，具体测定步骤如下:将解析2h后的煤样利用真空脱气装置，煤样分别在常温和加热至95∽100℃恒温进行脱真空集气，一直进行到每30min内泻出的瓦斯量小于10cm3，然后用气相色谱仪分析其气体成分。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。粉碎后脱气和气体分析——将装有已粉碎煤样的密封球磨罐进行加热和真空脱气，直到基本上无气体解吸为止。煤样称重，进行煤质工业分析。根据两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的气体成分，再根据两次脱气抽出的气体体积和成分，就可以计算出煤的残存瓦斯量。煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量包括采样过程瓦斯损失量、煤样瓦斯解吸量、粉碎前脱气瓦斯量、粉碎后脱气瓦斯量。总瓦斯量除以煤样质量，即煤层瓦斯含量。注意：每个阶段的瓦斯量要换算成标准状态下的瓦斯体积。煤层深度大于500m时数据需进行校正。瓦斯含量测定结果有两种表达方式，一种是空气干燥基（原煤）瓦斯含量，另一种是干燥无灰基瓦斯含量。干燥无灰基即为空气干燥基重量减去水分、灰分重量。

式中W0——煤层瓦斯含量，cm3/g；V1——煤样解吸的瓦斯量，cm3；

V2——推算出的损失瓦斯量，cm3；V3——煤