第5章 瓦斯抽采参数的测定及计算.ppt

1、1,矿井瓦斯抽采技术,手 机固 话办公室：210， 503 E-mail：， ,主讲：王兆丰(研究员) 安丰华(博士),2,第五章 瓦斯抽采参数的测定及计算,本章要求掌握： 1. 煤层瓦斯压力主要测定方法 2. 煤层瓦斯含量主要测定方法 3. 瓦斯涌出量预测方法 4. 煤层透气性系数测定步骤 5. 瓦斯流量测定方法,3,内容提要,一 、煤层瓦斯压力测定 二 、煤层瓦斯含量测定 三 、瓦斯涌出量的测定和计算 四 、煤层透气性的测定及计算 五 、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算 六、瓦斯抽采效率的测定及计算,4,一 、煤

2、层瓦斯压力测定,煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产生的作用力，由游离瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。,煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含量的一个重要指标。,煤层瓦斯压力是测定方法可分为间接测压法和直接测压法。,迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：8.25MPa，北票台吉矿-550水平，埋深729m； 世界实测最大瓦斯压力：13.6MPa，乌克兰顿巴斯彼得罗夫深矿，1425m。,5,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,内容：五种间接测定煤层瓦斯压力的方法。,根据煤层瓦斯涌出量间接推测瓦斯压力 根据煤层原始瓦斯含量测定瓦斯压力 根据残余瓦斯含量测定煤层瓦斯压力

3、用煤样在实验室测定瓦斯压力 按照测压地点的深度估计瓦斯压力,6,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,根据煤层瓦斯涌出量间接推测瓦斯压力,适用条件：采区瓦斯来源系来自开采煤层本身 具体方法：在整个采掘期间不断记录巷道的风量和瓦斯浓度，计算出掘进、回采和采空区涌出瓦斯并累加 推算公式： 优点：根据通风报表即可得出，不需专门进行测压 缺点：只适用于无邻近层的单一煤层，极其粗略,7,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,根据煤层原始瓦斯含量测定瓦斯压力,具体方法：在煤体预定测压地点采取煤样，然后将煤样中瓦斯抽出，由单位煤样中瓦斯量按瓦斯容量曲线或瓦斯含量公式反推。 推算公式：瓦斯含量曲线

4、或计算公式 优点：在含量测定比较准确时，所求瓦斯压力比较准确 缺点：需要专门工具和熟练技术,8,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,根据残余瓦斯含量测定煤层瓦斯压力,具体方法：1 用普通岩心管取样，开始取样时计时，记录取样、装入罐中时间t0，然后测定剩余瓦斯量； 2 充入一定瓦斯压力气体进入煤样罐中，然后放散瓦斯解吸同样时间，测定剩余瓦斯量； 3 重复2步骤几次，得到瓦斯压力与剩余瓦斯量之间关系曲线； 4 由此瓦斯压力与剩余瓦斯量之间关系曲线根据现场所测剩余瓦斯量得到现场瓦斯压力。 优点：井下工作少 缺点：井上工作多， t0时间准确性,9,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,用

5、煤样在实验室测定瓦斯压力,具体方法： 1 在需要测压的地点采集煤样； 2 将煤样放入密封铁罐中，罐中装满水； 3 当煤中瓦斯解吸出来时由于水的不可压缩性，罐中显现压力，此 压力可认为是测定地点瓦斯压力。 优点：简单 缺点：正确程度未完全清楚,10,一 、煤层瓦斯压力测定,1.1 间接测压法,按照测压地点的深度估计瓦斯压力,具体方法：根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间关系，推算未知开采深度压力值。 推算公式： 优点：简便易行，与我国某些瓦斯矿井情况符合 缺点：瓦斯压力和地质条件密切相关，受地质条件影响,11,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,由岩层或煤层巷道中向预定测压地点打一

6、钻孔，然后从钻孔中引出一个测压管（测压装置），再将钻孔密闭封堵，用压力表与测压管（测压装置）连接，测出压力。,关键：钻孔封孔质量,1、黄泥封孔 2、水泥砂浆封孔 3、聚氨酯封孔 6、胶圈-粘液封孔器 7、囊带式封孔器 4、机械式胶圈封孔器 5、充液式胶圈封孔器,充填封孔法,封孔器法,封孔法方法,压力恢复方法,主动测压法,被动测压法,被动式封孔,12,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压三步骤,三,钻孔,钻孔工具 1.钻孔直径小一些较好，一般为45-60mm，不超过75mm 2.打钻工具要求轻便稳定、震动小 3.在煤层中打眼严禁压力水冲洗钻孔，防止煤壁受到破坏 钻孔位置 1

7、.测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无断层、裂隙等地质构造处布置测点，其瓦斯赋存状况要具有代表性。 2.钻孔位置要考虑钻机本身操作要求及钻杆抽出 钻孔方法 煤层中钻孔不宜过快，防止卡钻事故,封孔,测压,清理钻孔 可使用压缩空气吹扫或清孔小铲 送入测压装置 测压管一般为4-8mm紫铜管 钻孔封孔 多种封孔方式,13,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压,三,填料封孔法（黄泥、黏土封孔）,填料法封孔的优点：不需要特殊装置，不干裂，不收缩，密封性好。缺点是：人工封孔长度短，费时费力,14,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压,三,注浆

8、封孔法,注浆封孔测压法是目前应用最广泛的一种封孔方法，适应于井下各种情况下的封孔。 缺点：水泥砂浆具有一定收缩性。,操作步骤：1 测压孔穿透煤层并清除岩粉和积水后，将导气管（一般采用铜管、高压软管或无缝钢管）下至预定位置（挡盘距煤层约0.5m） 2 打开喷浆罐，将搅拌均匀的水泥砂浆倒入罐内，数量可占其容积的2/3，将罐压紧，然后把注浆管插入钻孔中（注浆管前端不能接普通塑料管和铁管，以免在喷注过程中产生静电和火花引燃孔中瓦斯）打开压气阀门，把砂浆注入孔中，直至注满为止。,15,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,被动式封孔测压,三,胶圈封孔器,优点：简单易行，封孔器可重复使用； 缺点是封

9、孔深度小，且要求封孔段岩石必须致密、完整。,16,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,胶圈压力黏液封孔器,胶囊压力黏液封孔器,“两堵一注”囊袋式带压封孔,破裂区,塑性区,弹性区,原始区域,煤层瓦斯压力测定过程中常常碰到封孔段围岩（煤层）破碎的情况，裂隙的发育容易造成漏气泄压，此时用常压封孔难以封堵围岩裂隙，需要采用带压封孔技术来解决。,17,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,三,胶圈压力黏液封孔器,优点：一是增大了封孔段的长度； 二是压力黏液可渗入封孔段岩（煤）体的裂隙，增大了密封效果。,18,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式

10、封孔测压,三,胶囊压力黏液封孔器,由于胶囊的弹性大，与孔壁可全面紧密接触，密封黏液的性能优于胶圈，不仅适用于封岩石钻孔，而且也能封较硬煤层中的煤孔。,19,一 、煤层瓦斯压力测定,1.2 直接测压法,主动式封孔测压,三,“两堵一注”囊袋式带压封孔测压技术,煤层瓦斯压力测定过程中常常碰到封孔段围岩（煤层）破碎的情况，裂隙的发育容易造成漏气泄压，此时用常压封孔难以封堵围岩裂隙，需要采用带压封孔技术来解决。,20,一 、煤层瓦斯压力测定,21,二 、煤层瓦斯含量测定,煤层瓦斯含量是指单位体积或质量的煤体中所含有的瓦斯量。,煤层瓦斯含量是评价煤层突出危险性及瓦斯资源的一个重要指标。,煤层瓦斯含量测定方

11、法可分为间接测定法和直接测定法。,22,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,根据瓦斯赋存形式，间接法测试的瓦斯含量为游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和即：,式中：Xx吸附瓦斯含量，m3/t； Xy游离瓦斯含量，m3/t。,23,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,游离瓦斯量（Xy） 式中： V 单位重量煤的孔隙容积，m3/t； P 瓦斯压力，MPa ； T0 标准状况下； t 瓦斯绝对温度，K； 瓦斯压缩系数； Xy 煤的游离瓦斯含量，m3/t（标准状态下）,24,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,煤吸附瓦斯含量（Xx） 式中：a, b 吸附常数； P 煤层瓦斯压力，MP

12、a； t0 实验室测定煤的吸附常数时的试验温度,； t 煤层温度，； n 相关系数； A 煤中灰分，%； W 煤中水分，%； Xx 煤的吸附瓦斯含量，m3/t（标准状态下）。,水分影响上限,25,二 、煤层瓦斯含量测定,瓦斯含量计算公式,现场,测定流程,26,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,煤的工业分析、密度及吸附常数是间接法测定瓦斯含量的基础数据。,瓦斯等温吸附装置,5E-MAG6600全自动工业分析仪,27,二 、煤层瓦斯含量测定,2.1 间接测定法,根据瓦斯含量与瓦斯压力关系近似计算方法 式中： 煤层瓦斯含量系数,28,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,测定流程,2

13、9,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,取样,1）取芯钻头取煤芯,2）普通实心钻头孔口接样,取样装备,30,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,装样解吸,31,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量的计算： 法,式中: a、b为待定常数，当 时， ，a值即为所求的损失瓦斯量。,与 成线性关系,32,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量的计算：幂函数法 式中：qt时间t对应的瓦斯解吸速度，cm3/min； q0初始时刻对应的瓦斯解吸速度，cm3/min； t 包括取样时间t0在内的瓦斯解吸时间，min； n 瓦斯解吸速度衰减系数，0n1。,33,

14、二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量的计算：幂函数法 式中：Vs煤样损失瓦斯量，cm3； t0 煤样暴露时间，min。,34,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,损失瓦斯量：取样时间尽可能短,t1,t1,V1,V1,35,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,残存瓦斯量测定,恒温水浴,U型水银 真空计,冷却器,气体量管,平衡瓶,真空泵,煤样罐,抽真空管,真空脱气装置,36,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤1、启动真空泵，将系统抽真空。,真空脱气法,37,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤2、松开螺旋夹，煤样罐内气体进入真空系统。,真空脱气法,38,二 、煤层瓦斯含量测定,

15、步骤3、调整量筒液面高度。,真空脱气法,39,二 、煤层瓦斯含量测定,步骤4、向真空管抽真 空，将负压转为正压，气体导入量筒。,真空脱气法,40,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,粉碎前脱气，分别在常温和加热至95-100恒温进行真空脱气，直至30min内泻出瓦斯量小于10cm3为止；粉碎后脱气，将煤样放入球磨罐中密封破碎，之后进行真空集气。,41,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直接测定法,直接法测试瓦斯含量的计算 含有空气解吸、损失气体或脱出气体的体积,式中：Vtn0 换算为标准状态下的气体体积，cm3； CO2 标准状态下氧的浓度，%。,42,二 、煤层瓦斯含量测定,2.2 直

16、接测定法,直接法测试瓦斯含量的计算 各阶段煤样瓦斯含量计算,式中：Xi 各阶段煤样瓦斯含量， cm3/g； m 煤样质量(分为空气干燥基和干燥无灰基)，g； Vi 各阶段某种气体体积，cm3。,43,三、瓦斯涌出量的测定和计算,瓦斯涌出量是在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。,绝对瓦斯涌出量：在单位时间内涌出的瓦斯量，单位 m3/min或 m3/d； 相对瓦斯涌出量：平均日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，单位 m3/t。,矿井瓦斯涌出量,一翼瓦斯涌出量,采区瓦斯涌出量,44,三、瓦斯涌出量的测定和计算,内容：三类瓦斯涌出量预测方法,统

17、计预测法：数理统计规律 分源预测法：计算井下各瓦斯源的涌出量 地质量化指数预测法：地质情况与瓦斯涌出关系,45,三、瓦斯涌出量的测定和计算,简易统计预测法,3.1 统计预测法,矿山统计法是根据煤矿已往生产中获得的大量的相对瓦斯涌出量与开采深度的数据，按统计规律预测深部水平瓦斯涌出量的方法。其外推范围沿垂深不超过200m，沿煤层倾斜方向不超过600m。,线性回归法,46,三、瓦斯涌出量的测定和计算,简易统计预测法,3.1 统计预测法,qc开采深度（H）时，月平均相对瓦斯涌出量，m/t; Qi该月内测得的回风量， m/min； i风流中的瓦斯浓度，%； n该月内测试次数； A该月的产量，t。,若是

18、该月多水平开采，qc为加权开采深度（Hw）处的相对瓦斯涌出量。,月平均相对瓦斯涌出量,47,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.1 统计预测法,Hi、Ai第i个采区的开采深度和产量； n该月开采的采区数。,计算加权开采深度Hw,简易统计预测法,48,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.1 统计预测法,简易统计预测法,相对瓦斯涌出量梯度的确定,q2在H2深度开采时的相对瓦斯涌出量，m3/t； q1在H1深度开采时的相对瓦斯涌出量，m3/t。 H2瓦斯带内2水平的开采深度，m； H1瓦斯带内1水平的开采深度，m； n指数系数，垂深在1000m内时取1。,49,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.1 统计预测法

19、,简易统计预测法,q矿井相对瓦斯涌出量，m3/t； H开采深度，m； H0瓦斯风化带深度，m； 相对瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度，(m3/t)/m 。 q0 瓦斯风化带边缘的瓦斯含量，m3/t。,推算深部开采水平的瓦斯涌出量,为了便于应用，可以做瓦斯涌出量等量线图，把矿井空间位置上的相对瓦斯涌出量及其变化规律在矿井开采层面图上表达。,50,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.1 统计预测法,简易统计预测法,相似性。 已回采2个以上水平，有一年以上的瓦斯涌出量。 外推深度200m，沿煤层倾斜方向600m。 用来设计矿井所需风量时，须考虑瓦斯涌出不均系数。,使用矿山统计法应注意的问题,51,三、瓦斯

20、涌出量的测定和计算,3.1 统计预测法,线性回归法,线性回归法的步骤和物理模型与简易统计法相同，只是确定瓦斯涌出量梯度的方法有所区别。,瓦斯涌出量与深度关系为,瓦斯涌出量梯度导数,52,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,分源计算法是以煤层瓦斯含量为预测的主要依据，通过计算井下各涌出源的瓦斯涌出量，对矿井瓦斯涌出量进行预测。,德国温特尔法,根据瓦斯涌出率的不同，预测方法有近10种,重庆煤科院-阳泉矿务局科研所法,英国采矿研究所法,苏联科学院矿业研究所法(.李金法),误差最小,矿井瓦斯涌出量预测方法 AQ 1018-2006,53,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,回采

21、工作面瓦斯涌出,掘进工作面瓦斯涌出,q采=q1+q2,q掘=q3+q4,54,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,回采工作面瓦斯涌出量,（1）薄及中厚煤层不分层开采时,K1围岩瓦斯涌出系数，为1.11.3； K2工作面丢煤瓦斯涌出系数，用回采率的倒数来计算； K3 采区内准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出影响系数； m开采层厚度，m； M工作面采高，m； X0煤层原始瓦斯含量，m3/t； X1煤的残存瓦斯含量，m3/t。,55,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,采面巷道预排瓦斯影响系数 K3：,采用长壁后退式回采时,采用长壁前进式回采时，,h掘进巷道预排等值宽度，m。,

22、低变质煤,高变质煤,56,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,回采工作面瓦斯涌出量,57,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,煤的残存瓦斯含量X1：,低变质煤、高变质煤X010m3/t,高变质煤X010m3/t,回采工作面瓦斯涌出量,58,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,（2）厚煤层分层开采时,Kf取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数；,1）开采层瓦斯涌出量,回采工作面瓦斯涌出量,59,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,第i个邻近层煤层厚度，m； 工作面采高，m； 第i个邻近层瓦斯涌出率，% ； 当邻近层位于冒落带中时， 当采高 4.

23、5m时，,1）邻近层瓦斯涌出量,回采工作面瓦斯涌出量,第i邻近层与开采层垂直距离,开采层顶、底板的破坏影响范围,60,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,回采工作面瓦斯涌出量,61,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,掘进工作面瓦斯涌出量,D巷道断面内暴露煤壁面的周边长度，m； v巷道平均掘进速度，m/min； L巷道长度，m； q0煤壁瓦斯涌出强度，m3 /(m2min)， Vz煤中挥发分含量，%； X0煤层原始瓦斯含量，m3/t 。,1）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量,q4,q3,对于薄及中厚煤层，D=2开采层厚度； 对于厚煤层，D=2巷道高度+宽度,62,三、瓦斯涌出量的

24、测定和计算,3.2 分源计算法,S掘进巷道断面积，m2 ； v巷道平均掘进速度，m/min； 煤的密度，t/m3； X0 煤层原始瓦斯含量，m3/t ； X1 煤的残存瓦斯含量，m3/t 。,2）掘进落煤的瓦斯涌出量,q4,q3,掘进工作面瓦斯涌出量,63,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,K生产采区内采空区瓦斯涌出系数，1.251.45； q采i第i个回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t； Ai第i个回采工作面的日产量，t； q掘i第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min； A0生产采区平均日产量，t。,采区瓦斯涌出量,64,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,矿

25、井瓦斯涌出量,K已采采空区瓦斯涌出系数，1.151.25； q区i第i个采区相对瓦斯涌出量，m3/t； A0i第i个采区的日产量，t。,65,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,采空区瓦斯涌出系数,66,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.2 分源计算法,瓦斯最大涌出量与平均涌出量的比值称为瓦斯涌出不均系数。 矿井瓦斯涌出不均系数,式中kg给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax该时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min。,瓦斯涌出不均系数,K区=1.21.5；K井=1.11.3.,67,三、瓦斯涌出量的测定和计算,3.3 地质量化指数预测法,同

26、一煤体在不同区域的瓦斯赋存情况和采动时的瓦斯涌出量主要受当地地质情况影响。因此，如能找到井田内地质情况与采掘时瓦斯涌出量之间的关系，可根据已知地质情况预测未开采区域在采动时瓦斯涌出量。,地质指标的量化是瓦斯预测的基础和前提 也是预测瓦斯涌出量的瓶颈,指数预测法 灰色系统理论等,68,课后思考题,1. 煤层瓦斯压力主要测定方法，在怎样改进？ 直接法测瓦斯含量的主要问题在哪个环节？ 分源预测法需要考虑哪些源？ 参考阅读： 周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论 M. 北京：煤炭工业出版社，1999 国家安全生产监督管理总局. AQ1047-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法 国家安全生产监

27、督管理总局. AQ10662008煤层瓦斯含量井下直接测定方法 国家安全生产监督管理总局. AQ 10182006矿井瓦斯涌出量预测方法,69,内容提要,一 、煤层瓦斯压力测定 二 、煤层瓦斯含量测定 三 、瓦斯涌出量的测定和计算 四 、煤层透气性的测定及计算 五 、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算 六、瓦斯抽采效率的测定及计算,70,四、煤层透气性的测定和计算,内容：两类透气性测定方法,实验室测定及计算 现场测定方法,煤层透气系数是反映煤层内瓦斯流动难易程度的重要参数，也是评判瓦斯抽放的可行性指标之一，同时也是判断煤与瓦斯突出危险性的指标之一。 因此，煤层瓦斯渗透率或煤层透气系数的测算方法研究

28、是瓦斯渗流力学发展的关键技术，它始终是渗流力学界关注的热点之一。,研究,应用,物理意义:在1m3煤体的两侧，当瓦斯压力平方差为1MPa2时，通过1m2煤层断面每日流过的瓦斯量,71,四、煤层透气性的测定和计算,4.1 实验室测定及计算,不加围压时实验室测定,从需要测定的煤层中采取煤样 在实验室中用砂轮或专门的钻简将煤样制成一定尺寸的圆柱状(或方柱状)，两端磨平，形成长 5080 mm、直径 3040 mm 的圆 柱(或 30 mm30mm(5080)mm 的方柱)，放入与之直径相仿的夹具中。 放在特制的仪器中，测定在一定的压差中通过煤样的瓦斯流量，根据煤样的几何尺寸、两端压差的大小和流量，根据

29、 达西定律计算其透气性系数。,加围压时测定方法,为了使煤样和夹 具壁之间密切接触不漏气。一般外加一个胶皮套或硅橡胶套。,不加围压时实验装置,Q,达西渗流定律,72,四、煤层透气性的测定和计算,4.1 实验室测定及计算,加围压时实验室测定,加围压时实验装置,加压系统,在实验缸内煤样周围充有一定压力的黏液(或其他液体),煤样周围需套上数层 防水橡胶套,Q,73,四、煤层透气性的测定和计算,4.1 实验室测定及计算,加围压时实验室测定,取样的偶然性不能反映煤层的情况。,不足之处,在制作煤样时， 煤样受到机械作用可能产生新的裂隙或使原有裂隙加大。 而煤层本身 的某些裂隙又因煤样过小而被排斥掉。此外，取

30、样暴露面上的煤都是经过矿山压力破坏后的煤体,实验室无法完全模拟地应力。,在实验室测定中， 固体煤样与防水橡胶衬套之间往往存在着漏气现象。,74,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,雅罗伏依法 克里切夫斯基流量和压力法 马可尼压力法 钻孔流量法（周世宁）,巷道单向流量法 径向流量法 球向流量法,75,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,雅罗伏依法,石门透煤条件下,测压钻孔多 而且要求准确； 只有在高透气性煤层才适用，低透气性短时间内r2内仍供气而长时间时无流量,径向稳定流动,76,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,雅罗伏依法,煤层掘进巷道中,单向

31、稳定流动,要求瓦斯来源于L2之外，但是L2实际也是瓦斯源；煤壁瓦斯涌出量及瓦斯压力测定难度大。,不稳定流动,77,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,克里切夫斯基流量和压力法,流量法：石门透煤前,求解误差大；计算参数测定有实际有误差引起计算误差； 煤层厚度为垂直厚度，倾斜煤层误差大；计算繁杂,先测原始瓦斯压力，打开阀门将瓦斯压力控制在一定值测流量变化。,78,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,马可尼压力法（二次压力法）,在岩石巷道打一垂直煤层的贯穿钻孔， 插入测压管后密封测得 煤层原始瓦斯压力值； 然后卸下压力表 使孔内压力降至大气压力。 然后，重新拧上压力表

32、，记下钻孔中瓦斯压力与时间的关系， 确定出当钻孔内瓦斯压力0.1p0、 0.2p0- 0.9p0时的对应，最后根据已知的参数计算煤层的透气性值。,优点：工作简单、时间短,计算公式,缺点：认为二次升压过程只有游离瓦斯参与流动；认为瓦斯流动是瓦斯源不断扩大的径向稳定流动。,具体做法：,这种方法也称为二次压力法,79,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,克里切夫斯压力法（一次压力法）,具体做法：在岩石巷道打一垂直煤层的贯穿钻孔， 插入测压管后密封测得煤层原始瓦斯压力值，直接记下钻孔中瓦斯压力与时间的关系， 确定出当钻孔内瓦斯压力0.1p0、 0.2p0- 0.9p0时的对应，最后根据

33、已知的参数计算煤层的透气性值。 这种方法也称为一次压力法,是将马可尼法中微分式简化为稳定流动方程；除具有马可尼法不合理之处，还有化简误差,80,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,单向流量法（周世宁）,煤层掘进巷道中,单向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中的单向流动理论 为基础而得出的方法，其基本假设为： (a)煤层均质且各向同性； (b)瓦斯在煤层中的流动服从达西定律； (c)煤层顶底板不含瓦斯也不渗透瓦斯； (d)瓦斯在煤层中的 流动为等温过程。,81,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,单向流量法,煤层掘进时记录多个点爆破时间，作为其暴露时间 用封孔

34、测压仪打钻测压 当掘进头距测点一定距离时在测点断面上测出风量和瓦斯量，求出瓦斯量之差即为两点间煤壁瓦斯涌出量 将所测量带入上式,测压孔,82,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,单向流量法,当巷道向前掘进时，会在 两帮煤层中形成卸压带、应力集中带和常压带。由于这三带的存在，使煤层的透气性发生很大变化。 巷道单向流量法的优点在于它能使流动场扩展很大。虽然在推导计算公式中，均质性的假设与事实有差别，但是当流动场扩散到足够大时，以致扰动带的影响可以忽略不计，由均质性假设所带来的误差就基本上可以忽略不计。,单向流量法需满足单向流动条件，所测巷道需其掘进头推进一定距离后进行。,83,四、

35、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,径向流量法,径向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中径向流动理论为基础而得出的方法。其基本假设为: (a)在钻孔瓦斯流动范围内，煤层均质且各向同性; (b)钻孔垂直煤层(至少偏斜角不超过30)贯穿煤层，在瓦斯流动场内煤厚不变; (c)煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯; (d)打开钻孔之前，钻孔内瓦斯压力为原始瓦斯压力，打开后则始终保持大气压力; (e)瓦斯在煤层中的流动为等温过程且温度等于煤层温度; (f)瓦斯在煤层中的流动服从达西定律,84,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,径向流量法,85,四、煤层透气性的测定和计算,4.2

36、 现场测定及计算,径向流量法,86,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,径向流量法,87,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,10-21 110 10102 102103 103105 105107,88,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,径向流量法,1 要注意有无喷孔的现象，以便折合计算孔径 ，延长排瓦斯时间,2 流量测定时间及钻孔长度取值,3 瓦斯压力和流量的测定必须尽量准确,注意事项,4 在测定卸压煤层时，流量较大，测压管细而有压力损失，可校正,5 在测定卸压煤层时注意避开抽采钻孔,6在封孔测压上压力表之前，测定的瓦斯流量t0、Q0 可用

37、于在测定煤层透气 系数之后，反求煤层原始瓦斯压力 p0。,89,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,球向流量法,球向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中球向流动理论为基础而得出的方法。 基本假设为: (a)在钻孔瓦斯流动范围内，煤层均质且各向同性; (b)煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯; (c)打开钻孔之前，钻孔内瓦斯压力为原始瓦斯压力，打开后则始终保持大气压力; (d)瓦斯在煤层中的流动为等温过程且温度等于煤层温度; (e)瓦斯在煤层中的流动服从达西定律,90,四、煤层透气性的测定和计算,4.2 现场测定及计算,球向流量法,简化计算,91,四、煤层透气性的测定和计算,4.2

38、 现场测定及计算,球向流量法,92,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,内容：瓦斯流量测定装置及原理,测定方法分类 节流装置测定原理 孔板流量计测定法 文特利管流量计测定法 皮托管测定法 风速表测定法 热球式风速计测定法 气体测定方法,93,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.1 测定方法分类,变压降法 恒压降法 皮托管 测定气体流速 容积式流量计,根据流体流经节流装置时产生压降（压差）原理，通过测定压差计算流量。孔板、喷嘴、文特利管等,一般指转子流量计，小流量，气体最小流量一般16L/h。利用流体流经椎管壁与浮子间隙时环隙节流压差与浮子质量平衡，测定流量。,利用皮托管测定管道内动静压来确

39、定气体流速，之后计算流量。,利用风速表或热球式风速仪测定管内流速，再计算流量。,直接测出气体流量，如煤气表。,94,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.2 节流装置的基本原理和应用,基本原理,充满管道的流体当它流经管道内的节流装置时，流束将在节流件处形成局部收缩使流速增加，从而使静压力降低这样在节流装置前后就形成一个静压力差或称差压，流体的流速愈大，则产生的差压愈大，所以可以通过测量差压来衡量流体通过节流装置时流量的大小。,95,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.2 节流装置的基本原理和应用,基本原理,根据伯努利方程（能量守恒定律）和流动连续性方程（质量守恒定律），流体流动时流量方程

40、式为：,孔板开孔面积,标准孔板瓦斯混合流量公式,96,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.2 节流装置的基本原理和应用,基本原理,标准孔板瓦斯混合流量公式,97,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.2 节流装置的基本原理和应用,节流装置的选择原则,节流装置的选择对准确测定管道中的流体具有重要作用，一般情况下应根据以下原则选择：,1 要求节流装置产生的压力损失小时，选用喷嘴或文特利管和文特利喷嘴；,2 测量易污染和侵蚀性物质时，采用喷嘴比采用孔板好；,3 测量相同流量和压差值，喷嘴的截面比比孔板小，测量精度较高，而且需要的直线段长度也较短。,4 孔板加工最为简单，喷嘴次之，文特利管和文特

41、利喷嘴最复杂,98,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.2 节流装置的基本原理和应用,节流装置的取压方法及取压嘴,根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种。,1-1 理论取压 D Smin,2-2 角接取压,3-3 法兰取压 25mm,4-4 径距取压 D 0.5D,5-5 损失取压2.5D 8D,取压嘴高度：一般20-30mm，不超过50mm；内径一般3-6mm,99,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,孔板流量计的构造,100,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.3 孔板流量计测定法,孔板流量计的构造,外径小于或等于法兰盘两对角螺

42、钉眼内边的距离,孔板厚度小于或等于0.05D，最薄不小于2mm,开孔圆筒形部分厚度在0.005-0.02D之间,开孔圆锥部分圆锥角30-45,101,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.3 孔板流量计测定法,孔板流量计的构造,加工精度：光洁度、粗糙度、无毛刺,加工孔板的要求,符合标准的孔板产生的阻力损失应0.1p,孔板材料采用硬质耐磨材料，为防止锈蚀可采用不锈钢或钢材镀铬,102,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.3 孔板流量计测定法,孔板流量计的安装与使用,1 安装时孔板孔口须与管道同心，断面与管道轴线垂直,2 在孔板前后2D的范围内管道不应有凹凸不平、焊缝、垫片等,3 流量计上游

43、端管道直线段长度大于等于20D，下游端10D,4 经常清理孔板前后积水、污物，锈蚀要更换,5 抽放量有较大变化时，应根据流量大小更换相应孔板,103,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.3 孔板流量计测定法,孔板流量计的校正,简易校正法 风硐校正法 钟罩式气体计量器校正法,风源：局部通风机或其它风泵 管道：直径与实际抽放管相同 流量：风表或皮托管测定 测定流量计参数：压差、管内压力等,风源：通风机 管道：风硐稳流测试段 流量：风表管测定 测定流量计参数：压差、管内压力等,风源：钟罩式气体计量器 流量：钟罩式气体计量器测定 测定流量计参数：压差、管内压力等,104,五、管路及钻孔瓦斯流量的测

44、定及计算,5.4 文特利管流量计测定法,文特利管流量计的构造,文特利管具有圆锥形的入口收缩段和喇叭形的出口扩散段。压力损失少，精度高；加工难，成本高，用于低压损、高精度测量的场合。,在0.2m0.5条件下内径为100-800mm,入口圆锥角735出口圆锥角233,中间喉管直径偏差0.001d,前后连接管直径与流量计直径相同,入口收缩段,喉管段,出口扩散段,105,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.4 文特利管流量计测定法,文特利管流量计的测算,测定量：压差、大气压、负压、温度、瓦斯浓度,流量综合系数,混合瓦斯量,纯瓦斯量,106,五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算,5.5 皮托管测定法,测定方法,1 测点前后有5m以上直线段管道,2 管内不得有积水,3 皮托管插入管道时迎着气流方向，力求