【文章內容簡介】 Po— 大氣壓力， Pa； hw— 量管內水柱高度， mm； Ps— hw下飽和水蒸汽壓力， Pa； tw— 量管內水溫，℃。 煤樣解吸測定前的暴露時間為 t0， t0=t2t1；不同時間 t 下測定的 Voi值所對應的煤樣實際解吸時間為 t0+t；用繪圖軟件繪制全部測點 [(t0+t)， Voi]，將測點的直線關系段延長與縱坐標軸相交，直線在縱坐標軸上的截距即為瓦斯損失量，如圖 2 2 24 示。 (4)將解吸測定后的煤樣連同煤樣罐送實驗室測定其殘存瓦斯量、 水份 、 灰份 等； (5)根據煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤中可燃質重量，即可求出煤樣的瓦斯含量： X=(V0+V1+V2)/G0 式中： Vo— 標準狀態(tài)下煤樣瓦斯解吸量， ml； V1— 標準狀態(tài)下煤樣損失瓦斯量， ml； V2— 標準狀態(tài)下煤樣殘存瓦斯量， ml； G0— 煤樣可燃質重量， ； X— 煤樣可燃基瓦斯含量， ml/。 1— 量管 2— 吸氣球 3— 溫度計 4— 水槽 5— 螺旋夾 6— 彈簧夾 7— 排水管 8— 排氣膠管 9— 16號胸骨穿刺針頭 10— 密封罐 11— 壓緊螺帽 圖 21 瓦斯解吸速度測定儀與密封罐示意圖 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 14 利用上述方法，在 XX 煤礦東翼主皮帶下山掘進 頭 442m 處 、 205 運輸巷 掘進頭 442m m 處 和 2051 運輸巷掘進頭 400m 處三個位置對 2 號煤層進行了 煤層瓦斯含量實測工作，先打鉆取樣，井下解吸 2 小時后送實驗室 。 實驗室測定煤樣殘存瓦斯量、 水份 、 灰份 、 揮發(fā)份 、煤樣重量、及可燃質質量，最后整理計算，將所得煤層瓦斯含量測定結果如表 21。 表 21 XX 煤礦 2 號煤層瓦斯含量實測結果 測 定 地 點 水份（ %） 灰份 （ %） 解吸量(m3/t) 損失量 (m3/t) 殘存量 可燃質瓦斯含量(m3/t r) 原煤瓦斯含量 (m3/t) (m3/t r) (m3/t) 東翼主皮帶 205 運輸巷 2051 運輸巷 由表 21可得， XX煤礦 2 號煤層東翼主皮帶下山 442m、 205 運輸巷 442m、2051 運輸巷 400m 處 可燃質 瓦斯含 量分別為 、 ，折算成 煤 層原始 瓦斯含量分別為 、 。此次測定瓦斯含量低于地堪期間數據，其主要原因為現開拓開采水平未達到地堪鉆孔深度。 y = 30020010001002003004005006000 1 2 3 4 5解析時間( t0+t)1/2(min1/2)解析瓦斯量（ml） 圖 22 東翼主皮帶 巷瓦斯損失量推算圖 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 15 y = 30020010001002003004005006000 1 2 3 4 5 6解析時間( t 0 +t)1/2（m i n1/2）瓦斯解析量（ml） 圖 23 205運 輸巷瓦斯損失量推算圖 y = 30020010001002003004005000 1 2 3 4 5 6解析時間( t 0 +t)1/2（m i n1/2）解析瓦斯量（ml） 圖 24 2051 運輸巷瓦斯損失量推算圖 煤的瓦斯吸附常數測 定 煤的瓦斯吸附常數是衡量煤吸附瓦斯能力大小的指標。目前，煤的瓦斯吸附常數測定只能在實驗室完成。其測定步驟如下： (1)將采集的新鮮煤樣粉碎，取 ～ 粒度的試樣 30～ 40g 裝入密封罐中； (2)在恒溫 60℃高真空（ 102～ 103mmHg）條件下脫氣 2 天左右； (3)在 30℃恒溫和 ～ 壓力條件下，進行不同瓦斯壓力下的吸附平衡， 并測定各種瓦斯平衡壓力下的吸附瓦斯量； (4)根據不同平衡瓦斯壓力下的吸附瓦斯量（一般不少于 6 個點），按郎格繆爾方程 W=abp/(1+bp)回歸計算出煤的瓦斯吸附常數 a和 b值。利用以上方法，我們 在 XX 煤礦東翼主皮帶下山掘進 442m、 205 運輸巷掘進頭 442m、 2051 運輸巷掘進頭 400m處三個位置 采集煤樣送 XX研究院 瓦斯實驗室進行瓦斯解吸實 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 16 驗，實驗時吸附氣體甲烷成分 ％，在衡溫 30℃下，測得吸附常數結果列于表 22。 表 22 煤樣吸附瓦斯試驗成果表 測定地點 吸 附 常 數 灰 分 (%) 水 分 (%) 揮發(fā)份 (%) 真密度 (t/m3) 假密度 (t/m3) 孔隙率 (%) A (m3/t) B (MPa1) 東翼主皮帶 巷 205 運輸巷 2051 運輸巷 煤的孔隙率測定 煤中瓦斯 90%以上是以吸附狀態(tài)賦存在煤層中的孔隙內表面上，孔隙內表面的大小決定著煤吸附瓦斯能力的大小。作為孔隙發(fā)育程度的衡量指標，孔隙率測定是在實 驗室進行的，它通過對現場采集的煤樣測定煤的真假密度來計算，計算公式如下： Φ =（ d 真 d 假 ） / d 真 式中 ： Φ — 煤孔隙率， m3/m3； d 真 — 煤真密度， t/m3； d 假 — 煤假密度（又稱視密度）， t/m3。 XX 煤礦 2號 煤層煤的孔隙率見表 22。 鉆孔自然瓦斯涌出特征 表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數有兩個，它們是鉆孔初始瓦斯涌出強度q0 和鉆孔瓦斯流量衰減系數α，其中鉆孔瓦斯流量衰減系數α是 評價煤層瓦斯預抽難易程度的一個重要指標。 q0 和α值是通過測定不同時間的鉆孔自然瓦斯涌出量并按下式回 歸分析求得的： qt=q0eα t （ 21） 式中： qt— 自排時間 t 時的鉆孔自然瓦斯流量， m3/min； q0— 自排時間 t=0 時的鉆孔自然瓦斯流量， m3/min； α — 鉆孔自然瓦斯流量衰減系數， d1； 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 17 t— 鉆孔自排瓦斯時間， d。 對（ 21）式積分，可以得到任意時間 t 內鉆孔自然瓦斯涌出總量 Qt； 即： Qt=QJ(1eα t) 式中： Qt— 時間 t 內鉆孔自然瓦斯涌出總量， m3； QJ— 鉆孔極限瓦斯涌出量， QJ= 1440 q0/α， m3 其余符號意義同前。 具體測定步驟為： (1)在掘進工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個孔徑φ 75mm，長 30～40m的鉆孔，用φ 15mm鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長度 2m左右，并記錄成孔和封孔時間； (2)定期測量鉆孔自然瓦斯流量 q，并記錄流量測定時的鉆孔自排瓦斯時間t； (3)根據不同自排時間下的鉆孔自 然瓦斯流量測定數組（ ti， qi），用（ 21）式回歸分析求出 q0和α，即為鉆孔自然排放瓦斯規(guī)律。 利用以上方法，在 XX 煤礦 東翼主皮帶巷 442m 處和 205 運輸巷 442m 處各 打一個 煤層 順層 鉆孔，測定鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減情況見 表 2圖 226。 表 23 施工參數 煤層 打鉆地點 鉆孔深度 （ m） 鉆孔直徑 （ mm） 封孔長度 （ m） 凈孔長度 （ m） 初始涌出量（ l/min） 衰減系數 （ d1） 2號 東翼主皮帶巷 41 42 4 37 2號 205運輸巷 38 42 4 34 ? ?? )e(1q1440dteqdtqQ t0t0 t0t0 tt ?? ????? ?? 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 18 y = 10110 1 2 3 4 5 6 7 8時間（d ）鉆孔瓦斯涌出量（l/min） 圖 25 東翼主皮帶巷 百米鉆孔自然瓦斯涌出特征圖 y = 10110 2 4 6 8 10 12時間（d ）鉆孔瓦斯涌出量（l/min） 圖 26 205 運輸巷 百米鉆孔自然瓦斯涌出特征圖 煤層瓦斯壓力及透氣性系數 煤層透氣性系數是衡量煤層中瓦斯流動難易程度的重要指標，是評價煤層瓦斯能否實行預抽的基本參數。目前，國內通常采用徑向流量法來確定煤層透氣性系數。 由于 XX 煤礦井下巷道都為煤巷不具備由巖巷穿巖層向煤層施工鉆孔的條 件，因此 本次測定采用間接法測定瓦斯壓力，只能采用測定煤層鉆孔瓦斯流量的方法來近似計算煤層透氣性系數作為參考。 徑向流量法測定煤層透氣性系數時的主要步驟如下： (1)煤層原始瓦斯壓力確定 煤層原始瓦斯壓力確定方法有二種，其一為實測法，即利用石門揭煤巷道在揭煤前打穿層鉆孔穿透煤層，封孔測定煤層原始瓦斯壓力；其二為間接法， 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 19 即利用新鮮煤樣，測定煤層原始瓦斯含量，然后用郎格繆爾方程反推煤層原始瓦斯壓力。本次測定采用間接法確定煤層原始瓦斯壓力。間接法計算煤層原始瓦斯壓力的方法和公式如 下： 式中 X— 煤層原始瓦斯含量， m3/t； a、 b— 煤的瓦斯吸附常數， m3/t； p— 煤層瓦斯壓力， MPa； Aad— 煤的 灰份 ， %； Mad— 煤的 水份 ， %； k— 煤的孔隙體積， m3/m3； γ — 煤的視密度， t/m3。 采用間接法計算瓦斯壓力。已知煤層原始瓦斯含量 X 時，利用上式即可反算出煤層原始瓦斯壓力 p，計算結果如表 24 所示。 表 24 2號 煤層瓦斯壓力計算結果 測試地點 地表標高 （ m） 取樣標高 （ m） 可燃質瓦 斯含量(m3/) 吸附常數 灰份 （ %） 水份 （ %） 孔 隙率 （ m3/t） 瓦斯壓力 (MPa) A (m3/t) B (MPa1) 東翼主皮帶 +1260 +750 205 運輸巷 +1260 +920 2051 運輸巷 +1260 +950 根據間接法推算， XX 煤礦 2號煤層在東翼主皮帶 下山 442m（標 高 +750m） 、205 運輸順槽 442m（標高 +920m） 和 2051 運輸順槽 400m（標高 +950m） 處瓦斯壓力分別為 、 和 。 (2)瓦斯含量系數測定 根據現場實測的煤層瓦斯含量和間接法反算出的煤層瓦斯壓力，用下式確定瓦斯含量系數： α =Xγ / 式中 α — 瓦斯含量系數， m3/(m3 )； X— 煤層原始瓦斯含量， m3/t； ?10 K M1 1bp1 a bpX adad ???????? adM 南山煤礦 2 號煤層瓦斯基礎參數測定及瓦斯抽放可行性論證 20 γ — 煤容重， t/m3； P— 煤層 原始瓦斯壓力， MPa。 經計算， 2 號煤層的瓦斯含量系數如表 25 所示。 表 25 煤層瓦斯含量系數計算 (3)煤層透氣性系數計算 徑向流量法計算煤層透氣性系數的公式如下 表 26 徑向流量法計算煤層透氣性系數公式表 表中： F0— 時間準數，無因次；