煤层瓦斯含量井下直接测定方法.ppt

1、煤层瓦斯含量井下直接测定方法,2012.2.15,主要内容,1.概述,1.1 规范性引用文件 1.2 术语及定义,1.1 规范性引用文件,GB/T 23250-2009 煤层瓦斯含量井下直接测定方法 GB/T 212-2008 煤的工业分析方法 GB 474-2008 煤样的制备方法 GB/T 3715-2007 煤质及煤分析有关术语 GB/T 13610-2003 天然气的组成分析-气相色谱法 GB/T 15663.8-2008 煤矿科技术语-第8部分：煤矿安全 AQ 1026-2006 煤矿瓦斯抽采基本指标 MT/T 752-1997 煤的甲烷吸附量测定方法（高压容量法）,1.2 术语及定

2、义,残存瓦斯量 在常压状态下，煤样解吸后残留在煤样中的瓦斯量 损失瓦斯量 煤样从暴露到开始测定解吸量期间所遗失的瓦斯量 粉碎前脱气量 在负压状态下，煤样在粉碎前所解吸的瓦斯量,1.2 术语及定义,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时所解吸的瓦斯量 粉碎前自然解吸瓦斯量 在常压状态下，煤样井下解吸后运送到实验室粉碎前所解吸的瓦斯量 粉碎后自然解吸瓦斯量 在常压状态下，煤样在粉碎机中粉碎到95%以上煤样粒度小于0.25mm时所解吸的瓦斯量,1.2 术语及定义,常压不可解吸瓦斯量 在常压状态下，粉碎解吸后仍残留在煤样中不可解吸的瓦斯量,2.瓦斯含量直

3、接测定原理及方法,2.1 基本原理 2.2 仪器设备 2.3 测定方法及步骤,2.1 基本原理,直接法优点：克服了间接法测定费时、工程量大、受地质条件限制等缺陷，可大量布置测定，测定速度快、准确度高（技术方法本身。大量布点控制） 。,2.1 基本原理,2.1 基本原理,煤层瓦斯含量:,（残存瓦斯含量）,2.1 基本原理,常压吸附量（残存瓦斯含量）,2.1 基本原理,技术关键,2.1 基本原理,解吸 规律,均方根式：,幂指数式：,乌斯基诺夫式 ：,王佑安式：,巴雷尔式：,文特式：,艾黎式 ：,博特式：,2.1 基本原理,2.2 仪器设备,煤样罐 瓦斯解吸速度测定仪 空盒气压计 秒表 穿刺针头或阀

4、门 温度计 常压自然解吸测定装置 粉碎机 气相色谱仪 天平 水分快速测定仪,2.3 测定方法及步骤,煤样罐及解吸仪气密性检查 钻孔布置及采样方式 同一地点至少两个取样钻孔 首选定点取样装置 采样深度 原始含量：采掘工作面不小于12m，石门或岩石巷道不小于5m 残余含量：采样深度应符合AQ1026的规定 采样时间 煤样从暴露到装入煤样罐密封不超过5分钟 采样记录,2.3 测定方法及步骤-采样,观测30分钟，每分钟记录一个数据 同时记录气温、水温及大气压力,2.3 测定方法及步骤井下解吸,解吸系统密封性检查 粉碎前自然解吸瓦斯量测定及煤样称重 粉碎自然解吸瓦斯量测定 煤样质量校正,2.3 测定方法

5、及步骤残存瓦斯含量测定,气体体积校正 损失瓦斯量计算 煤层自然瓦斯成分计算 煤层瓦斯含量计算,2.3 测定方法及步骤数据处理,X=X1+X2+X3+X4,数据处理算法,3.DGC仪器的组成及操作,瓦斯含量测定时序图,3.DGC仪器的组成及操作,DGC装置,3.1 井下取芯及解吸系统,一、设备组成：取芯管、引射取样装置、井下解吸仪、大气压力表、工具、秒表、机械表等。 二、下井前的准备工作 取样装置与钻机配套性 取样设备及工具设备清点 操作人员和打钻人员安排 相关记录表格准备 三、井下准备工作 井下解吸仪充工作液及检漏 煤样筒盖子及阀门开启准备等,井下装置,定点取样,（1）取芯管取样装置,钻机配套

6、性：与50钻杆配套，仅提供取芯管。使用方法：采用大于取芯管外径的钻头预开孔到取样位置，退出钻杆换装取芯管到孔底后钻进取样；在取样过程中需记录钻机钻进到预定深度时停钻时间、取芯开始时间、取芯结束时间和开始解吸时间，用于损失时间t计算。 使用条件及优缺点：上向孔，深度不大于50m的较硬煤层。取样过程一定要采用压风或水进行排渣、冷却，不然煤样会因温度过高而变质。,单层取芯管,双层取芯管外形,(2)压风引射连续定点取样装置,连续定点取芯装置原理示意图,与钻井配套性：与使用50钻杆的液压钻机配套。使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压

7、吹风疏通。使用条件及优缺点：压缩空气压力0.5MPa时，水平钻孔取样深度不小于40m、大于15仰角钻孔取样深度不小于60m、15俯角钻孔取样深度不小于20m。,连续定点取芯装置,五、煤样封装及井下解吸 （1）煤样采取出来后选取粒径较大、保质性好煤块快速装入煤样筒； （2）读取初值后快速与井下解吸仪连接开始解吸，然后每分钟记录一次读数， 直至30min后解吸结束，关闭煤样筒阀门，井下解吸量为W21；换水情况。 （3）将解吸结束后的煤样筒浸入水桶中检测气密性。 （4）上述解吸速度、损失时间t结合解吸模型可进行损失瓦斯含量W1计算。 六、多组煤样的采取与解吸 七、井下需记录内容 取芯时间、取芯位置、

8、取芯人员、钻孔信息、煤样粒度大小描述（五类）。 八、注意事项 尽可能地减少取样时间；如实反映打钻过程中的喷孔、顶钻、排粉等情况；本次井下解吸系统操作过程中一定要注意煤样筒的气密性和井下解吸仪的防漏水性；煤样筒在升井到达实验室直至实验室解吸开始过程中一定确保阀门处于关闭状态；正确使用每个仪器，防止仪器损坏或丢失；多个煤样筒升井及运输时避免相互碰撞而导致阀门松动漏气。 九、该操作系统中可能存在的问题 （1）井下解吸量少时可提前结束，不必解吸30min； （2）对解吸速度较快煤样，后段解吸数据不可用于损失量推算； （3）当环境温度小于煤层温度时存在倒吸现象； （4）两种取样装置均存在取样一定的局限性

9、。,3.2 地面解吸系统,地面解吸系统建立在地面实验室内，包括地面瓦斯解吸仪、煤样筒、工具等。 来样登记 解吸前准备工作 解吸玻璃管充工作液（饱和食盐水或自来水），进行气密性检测。 实验室常压解吸 读取初值，将解吸玻璃管与煤样筒连接，开启阀门开始解吸，当解吸到解吸量小于5ml/min时解吸结束，地面常压解吸量为W22，立即进入下一流程；换水情况。 W21与W22之和则为粉碎前常压瓦斯解吸量W2。 多组煤样的解吸 注意事项（ 工作液、防止吸入真空泵、初值问题、气密性检验、换水问题、手柄操作、倒吸现象）,3.3 称重系统,用于煤样总重量（G）称量 称量系统包括电子天平、大煤样盆、小煤样盆、煤样勺等

10、 选取与整体煤样粒径像似煤样150g左右作为粉碎二次煤样（G1、G2）称量，二次煤样粒径应小于26mm 注意事项（去皮、去除矸石等）,电子天平,3.4 煤样粉碎解吸系统,用途：粉碎二次煤样，加速解吸 粉碎系统包括振动台、料钵、冲击块和工具 常压粉碎解吸 （1）将地面解吸仪解吸玻璃管（1000ml组）充工作液并检测气密性； （2）将二次煤样及时倒入粉碎机料钵压紧后与地面解吸仪连接； （3）读取初值开启粉碎，粉碎至2min左右或解吸量较少时结束粉碎，读取终值，则粉碎瓦斯解吸含量为W3； （4）连续粉碎多个煤样时应对料钵进行降温处理； （5）单次解吸超过量管量程时应换水。 煤样保存,制样粉碎机,3.

11、5 水分测定系统,用途：采用水力排渣时煤样被水打湿，质量增加，采用水分测定仪对混入水分进行校正 取样 当采用水力排渣时，应在钻孔附近煤壁采用刻槽法采取煤样100g左右用于煤样原始水分测定。 注意事项（精密仪器、加热时间不宜太长、易损件、不清晰等）,水分快速测定仪,粉碎前常压解吸瓦斯含量W2：标况下单位质量煤样井下瓦斯解吸量W21与标况下单位质量煤样实验室瓦斯解吸量W22）之和 粉碎解吸瓦斯量W3：标况下单位质量煤样粉碎解吸瓦斯量 常压吸附瓦斯量Wc：瓦斯压力为0.1Mpa时采用朗格缪尔方程计算得到 可解吸瓦斯含量：W可=W1+W2+W3 瓦斯含量：W=Wc+W可,3.6 数据处理及计算系统,W1详细计算过程：设损失时间为t0，2min时开始解吸，损