煤层瓦斯基本参数_测定与计算

主要内容,1、概述2、煤层瓦斯压力测定与计算3、煤层瓦斯含量测定与计算4、煤层透气性系数测定与计算5、钻孔流量衰减系数测定与计算6、矿井瓦斯储量计算7、可抽瓦斯量计算8、瓦斯抽采率计算9、瓦斯抽采量(标量)换算10、一些单位换算,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,1、概述1）重要性煤层瓦斯基本参数是矿井通风、抽采与利用瓦斯规划、设计和生产技术管理的基本科学依据与基础，应做到测定数据的真实与准确。每个采区垂深每增加50m，应测定煤层原始瓦斯含量和压力。瓦斯抽采量的计量器具必须采用符合国家标准的计量器具。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2）瓦斯来源分析矿井瓦斯来源是确定抽放方法的主要依据，因此，应尽量详细地做好下述测定工作：(1)必须测定出掘进、采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量的比例；(2)必须准确地判断出采区工作面的瓦斯主要是来自本煤层还是邻近层。一般把回采工作面老顶初次冒落前的平均瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量。而将老顶初次冒落后的平均瓦斯涌出增加量认为是邻近层的瓦斯涌出量。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2瓦斯压力测定与计算1）定义、重要性与规律（1）定义：煤层瓦斯压力是煤中游离瓦斯分子热运动撞击所形成的压强。未受采动影响区域的瓦压力称为原始瓦斯压力，受采动影响已排放瓦斯区域的煤层瓦斯压力称为残存瓦斯压力。（2）重要性：煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量和突出危险性大小的主要因素之一，是进行瓦斯管理等工作的基础参数。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2瓦斯压力测定与计算1）定义、重要性、标准与分布规律（3）行业标准煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法（AQ/T1047-2007),煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2瓦斯压力测定与计算1）定义、重要性、标准与分布规律（4）分布规律：当煤层有露头时，在瓦斯风化带以下，甲烷带上部边界煤层瓦斯压力一般为0.250.3MPa，煤层瓦斯压力随深度而增加。根据北票、南桐、天府、鸡西等矿井统计，每100m垂深，瓦斯压力约增加0.060.16MPa。煤层连续稳定同一深度的瓦斯压力基本相同。如中梁山煤矿K1煤层在垂深378m水平沿走向128m范围内，实测瓦斯压力均在2.8MPa左右。地质构造带煤层瓦斯压力可能异常。,2瓦斯压力测定与计算1）定义、重要性与规律（3）分布规律：,我国部分矿井实测煤层原始瓦斯压力及其梯度表,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2瓦斯压力测定与计算2）瓦斯压力的测定煤层瓦斯压力测定方法有直接测定法和间接测定法2类。直接测定法分为打钻、封孔、测压3个步骤。其关键的是严密封闭钻孔，微量的漏气将导致测得瓦斯压力值大大小于真实的瓦斯压力值。传统的测定方法是在岩石巷道中向煤层打钻孔，然后用不同材料封堵孔口，最后安设测压表测压。近年中国研制了新封孔材料和方法，很好地解决了煤层中的钻孔封孔不严的难题，因而目前也可在煤层中打钻测压。封孔的方法有人工填料封孔、机械压入填料封孔、胶圈封孔、胶囊密封液封孔和三相泡沫密封煤层钻孔等。只要封孔严密，直接测定法能测出准确的瓦斯压力值，应用普遍。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算2瓦斯压力测定与计算2）瓦斯压力的测定,人工填料封孔示意图,测压仪表：压力表：量程为预计煤层瓦斯压力的1.5倍，精度优于1.5级，工具：管钳、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺丝刀等。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算2瓦斯压力测定与计算,机械压入填料封孔示意图,2）瓦斯压力的测定,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算2瓦斯压力测定与计算2）瓦斯压力的测定,胶圈密封液封孔示意图,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2瓦斯压力测定与计算2）瓦斯压力的测定测定选点与测定工作应注意：(1)测定地点要选在无断层、裂隙等地质构造处，瓦斯赋存状况要具有代表性；(2)测压巷道距煤层的岩柱距离不应小于10m；(3)测压孔的孔径以75mm为宜，要贯穿整个煤层(厚煤层应钻入煤层3m以上)，完钻后应及时封孔，封孔要严密，测压管接头不得漏气。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,2瓦斯压力测定与计算3）瓦斯压力的计算：测定出煤层瓦斯含量后，按式下计算瓦斯压力：X=abp/(1+bp)(100-Aad-Wad）/1001/(1+0.31Wad)+10kp/r（1）式中X煤层瓦斯含量，m3/t；a、b吸附常数；p煤层绝对瓦斯压力，MPa；Aad煤的灰分，%；Wad煤的水分，%；k煤的孔隙率，m3/m3；r煤的容重(假比重)，t/m3。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算1）定义在自然条件下，单位质量或体积的煤体中所含的瓦斯量。m3/t煤或m3/m3煤.2）重要性：煤层瓦斯含量是决定煤层瓦斯储量、瓦斯涌出量和突出危险性大小的主要因素之一，是进行瓦斯管理等工作的基础参数。,Prof.Dr.Cheng,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：可采用直接法测定或用间接法计算。（1）地勘解吸直接法（2）井下解吸直接法（3）间接法实测出煤层瓦斯压力后，按前述式（1）计算瓦斯含量,Prof.Dr.Cheng,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：（1）地勘解吸法地勘解吸法的基本原理及依据为：煤层原始瓦斯含量X0由取芯过程煤样漏失瓦斯量V1、地面解吸瓦斯测定量V2和残存瓦斯量V3构成,X0=V1+V2+V3；在一定时间内，煤样在地面的解吸瓦斯量与解吸时间之间遵循V2(t0+t)0.5关系；煤芯提至钻孔深度的一半时开始解吸瓦斯；取芯过程中煤样瓦斯漏失量可按V1(t0+t)0.5推算；煤芯在地面的解吸瓦斯量V2由煤芯瓦斯解吸仪测得；残存瓦斯量V3由真空脱气测定装置测得。,Prof.Dr.Cheng,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：（1）地勘解吸法（2）现行标准地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（GB/T23249-2009）,Prof.Dr.Cheng,直接法测定煤层瓦斯含量仪表与曲线图,Prof.Dr.Cheng,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：地勘解吸法的评价：从地勘解吸法十年多来的应用情况统计分析结果看出：和早期采用的密闭罐法、集气法相比，地勘解吸法煤层瓦斯含量测值成功率和可靠性都有较大幅度的提高，但测值仍有较大的误差：孔深小于500m时，地勘瓦斯含量有约70%的测值偏低1525%，20%的测值偏高1015%，整体测值偏低约1015%；煤层埋深大于500m，特别是达到800m以上时，普遍具有测值偏低程度随孔深增加而加大的趋势，有85%以上的测值低3040%，最高达到50%以上，只有不足8%的测值偏高510%。煤层埋深大于500m时要按1.15-1.25的系数校正。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：（2）井下解吸法该方法是在地勘解吸法原理基础上改进、发展形成的直接在井下测定煤层瓦斯含量的方法，它在我国煤矿本煤层、邻近层瓦斯含量测定中广为采用。测定时，先在煤层打钻孔，采集钻（煤）屑（本煤层）或打穿层钻孔采集煤芯（邻近层），然后测定采集的煤屑样在空气介质中的瓦斯解吸规律，并据此推算钻屑或煤芯在采集过程中试样的漏失瓦斯量，最后根据漏失瓦斯量、解吸瓦斯量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层原始瓦斯含量。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：（2）井下解吸法现行标准煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T23250-2009）技术原理和地勘时期瓦斯含量测定方法原理一样，采用解吸法。在井下测定瓦斯解吸量和解吸速度，计算损失量，在地面继续测定解吸量和粉碎后瓦斯解吸量，测定或计算常压可解吸量（近视于残存量）。四者之和就是煤层瓦斯含量。该方法不仅可以测定原始瓦斯含量，还可测定残余瓦斯含量。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,3、煤层瓦斯含量测定与计算3）煤层瓦斯含量测定：（2）井下解吸法井下解吸法采用如下方法推算试样采集过程中的漏失瓦斯量：试样的瓦斯解吸从到达既定深度（本煤层）或穿透岩层见煤（邻近层）时开始计时；本煤层钻屑采集过程中试样的漏失瓦斯量按Q(t0+t)0.5规律推算，邻近层穿层钻孔煤芯采集过程试样漏失瓦斯量按Q(t0+t)0.5规律推算。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,煤层透气性系数是衡量煤层透气性大小的指标。物理意义是在1m3煤体的两侧，压力平方差为1MPa2时，通过1m长度的煤体，在1m2煤面积上每天流过的瓦斯量。煤层透气性系数在不同地点相差很大。在集中应力带，煤层透气性可降低一半或更多；而在卸压带，则可增加几十倍到几万倍。,4、煤层透气性系数测定与计算,测定方法单一钻孔流量法：打一个垂直穿透煤层钻孔，封孔后，测出煤层真实的瓦斯压力，压力值稳定后，打开测压孔排放瓦斯，记录排放瓦斯的时间和流量以及煤层厚度、钻孔直径等参数，利用下表所列公式进行计算。,4、煤层瓦斯含量测定与计算,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,部分矿井的煤层透气性系数,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,5、钻孔流量衰减系数测定与计算1）定义：钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关系的系数2）测算方法：选择具有代表性的地区打钻孔，先测其初始瓦斯流量q0，经过时间t后，再测其瓦斯流量qt，然后以下式计算之：qt=q0e-at式中a钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1；q0钻孔初始瓦斯流量，m3min；qt经t时间后的钻孔瓦斯流量，m3min；t时间，d。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,5、钻孔流量衰减系数测定与计算3）用途：可作为评估煤层预抽瓦斯难易程度的指标之一。,煤层抽放瓦斯难易程度分类表,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,6、矿井瓦斯储量计算瓦斯储量系指煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层储存的瓦斯总量。其计算公式为：WkW1十W2十W3式中Wk矿井瓦斯储量，万m3；W1可采煤层的瓦斯储量总和，万m3；W1nAliXliAli矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t；n矿井可采煤层数；Xli每一个可采煤层的瓦斯含量，m3t；,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,6、矿井瓦斯储量计算瓦斯储量计算式：WkW1十W2十W3式中W2可采层采动影响范围内不可采邻近层的瓦斯储量总和，万m3;nW2AiXii=1Ai可采层采动影响范围内每一个不可采煤层的煤炭储量，万t。采动影响范围，上邻近层取5060m，下邻近层取2030m；Xi可采层采动影响范围内每一个不可采煤层的瓦斯含量，m3t；n矿井可采煤层采动影响范围内的不可采煤层数；W3围岩瓦斯储量，万m3,当围岩瓦斯很小时,W3=0；若含瓦斯量多时，可据经验取之或实测而定。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,7、可抽瓦斯量计算可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平能被抽出来的最大瓦斯量。可抽瓦斯量概算法是：可抽瓦斯量瓦斯储量x抽采率,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,8、瓦斯抽采率计算(1)矿井(或采区)抽采率：dk100Qkc/（Qkc十Qkf)式中dk矿井(或采区)抽放率，%；Qkc矿井抽采瓦斯量，m3min；Qkf矿井风排瓦斯量，m3min。,8、瓦斯抽采率计算(1)瓦斯管道流量测量：测速管（皮托管Pitot）同心套管与压差计,8、瓦斯抽采率计算(1)瓦斯管道流量测量孔板流量计孔板：测量元件；缩脉：孔板后1/32/3d处。,孔板（伯努利原理)流量计,8、瓦斯抽采率计算(1)瓦斯管道流量测量V锥流量计,V型锥流量计是20世纪80年代提出具有革命性的新型流量计，它是一个悬挂在管道中央的锥形体，高压P1取自锥体前流体未扰动的管壁；低压P2取自后锥体中央，差压P=P1-P2的平方根与流量成正比。,L,8、瓦斯抽采率计算(1)瓦斯管道流量测量V锥流量计,V型锥流量传感器的工作原理,流量测量方法及其比较,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,流量测量方法及其比较,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,8、瓦斯抽采率计算(2)矿井(或采区)抽采率：dk100Qkc/（Qkc十Qkf)式中dk矿井(或采区)抽放率，%；Qkc矿井抽采瓦斯量，m3min；Qkf矿井风排瓦斯量，m3min。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,8瓦斯抽采率计算(3)工作面(开采层)瓦斯抽放率：dgk=100Qs/Wg式中dgk工作面(开采层)瓦斯抽放率，；Qs在一定时间内工作面(开采层)抽出的总瓦斯量，万m3；Wg抽放工作面(开采层)的瓦斯储量，万m3。(4)工作面(邻近层)瓦斯抽放率：dgl=100qlc/(qlc十qy)式中qlc工作面(邻近层)瓦斯抽放率，；qlc工作面(邻近层)瓦斯抽放量，m3min；qy工作面(邻近层)涌向工作面的瓦斯量，m3min。,煤层瓦斯抽采基本参数测定与计算,9、瓦斯抽采量(标量)换算Q标=Q测p1T标/T1p标式中Q标标准状态下的抽放瓦斯量，m3