【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Po— 大氣壓力， Pa； hw— 量管內(nèi)水柱高度， mm； Ps— hw下飽和水蒸汽壓力， Pa； tw— 量管內(nèi)水溫，℃。 煤樣解吸測(cè)定前的暴露時(shí)間為 t0， t0=t2t1；不同時(shí)間 t 下測(cè)定的 Voi值所對(duì)應(yīng)的煤樣實(shí)際解吸時(shí)間為 t0+t；用繪圖軟件繪制全部測(cè)點(diǎn) [(t0+t)， Voi]，將測(cè)點(diǎn)的直線關(guān)系段延長(zhǎng)與縱坐標(biāo)軸相交，直線在縱坐標(biāo)軸上的截距即為瓦斯損失量，如圖 2 2 24 示。 (4)將解吸測(cè)定后的煤樣連同煤樣罐送實(shí)驗(yàn)室測(cè)定其殘存瓦斯量、 水份 、 灰份 等； (5)根據(jù)煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤中可燃質(zhì)重量，即可求出煤樣的瓦斯含量： X=(V0+V1+V2)/G0 式中： Vo— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣瓦斯解吸量， ml； V1— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣損失瓦斯量， ml； V2— 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下煤樣殘存瓦斯量， ml； G0— 煤樣可燃質(zhì)重量， ； X— 煤樣可燃基瓦斯含量， ml/。 1— 量管 2— 吸氣球 3— 溫度計(jì) 4— 水槽 5— 螺旋夾 6— 彈簧夾 7— 排水管 8— 排氣膠管 9— 16號(hào)胸骨穿刺針頭 10— 密封罐 11— 壓緊螺帽 圖 21 瓦斯解吸速度測(cè)定儀與密封罐示意圖 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)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(jìn) 頭 442m 處 、 205 運(yùn)輸巷 掘進(jìn)頭 442m m 處 和 2051 運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭 400m 處三個(gè)位置對(duì) 2 號(hào)煤層進(jìn)行了 煤層瓦斯含量實(shí)測(cè)工作，先打鉆取樣，井下解吸 2 小時(shí)后送實(shí)驗(yàn)室 。 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣殘存瓦斯量、 水份 、 灰份 、 揮發(fā)份 、煤樣重量、及可燃質(zhì)質(zhì)量，最后整理計(jì)算，將所得煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果如表 21。 表 21 XX 煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯含量實(shí)測(cè)結(jié)果 測(cè) 定 地 點(diǎn) 水份（ %） 灰份 （ %） 解吸量(m3/t) 損失量 (m3/t) 殘存量 可燃質(zhì)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(yùn)輸巷 2051 運(yùn)輸巷 由表 21可得， XX煤礦 2 號(hào)煤層?xùn)|翼主皮帶下山 442m、 205 運(yùn)輸巷 442m、2051 運(yùn)輸巷 400m 處 可燃質(zhì) 瓦斯含 量分別為 、 ，折算成 煤 層原始 瓦斯含量分別為 、 。此次測(cè)定瓦斯含量低于地堪期間數(shù)據(jù)，其主要原因?yàn)楝F(xiàn)開(kāi)拓開(kāi)采水平未達(dá)到地堪鉆孔深度。 y = 30020010001002003004005006000 1 2 3 4 5解析時(shí)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(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 15 y = 30020010001002003004005006000 1 2 3 4 5 6解析時(shí)間( t 0 +t)1/2（m i n1/2）瓦斯解析量（ml） 圖 23 205運(yùn) 輸巷瓦斯損失量推算圖 y = 30020010001002003004005000 1 2 3 4 5 6解析時(shí)間( t 0 +t)1/2（m i n1/2）解析瓦斯量（ml） 圖 24 2051 運(yùn)輸巷瓦斯損失量推算圖 煤的瓦斯吸附常數(shù)測(cè) 定 煤的瓦斯吸附常數(shù)是衡量煤吸附瓦斯能力大小的指標(biāo)。目前，煤的瓦斯吸附常數(shù)測(cè)定只能在實(shí)驗(yàn)室完成。其測(cè)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(jìn)行不同瓦斯壓力下的吸附平衡， 并測(cè)定各種瓦斯平衡壓力下的吸附瓦斯量； (4)根據(jù)不同平衡瓦斯壓力下的吸附瓦斯量（一般不少于 6 個(gè)點(diǎn)），按郎格繆爾方程 W=abp/(1+bp)回歸計(jì)算出煤的瓦斯吸附常數(shù) 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(jìn) 442m、 205 運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭 442m、 2051 運(yùn)輸巷掘進(jìn)頭 400m處三個(gè)位置 采集煤樣送 XX研究院 瓦斯實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行瓦斯解吸實(shí) 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 16 驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)吸附氣體甲烷成分 ％，在衡溫 30℃下，測(cè)得吸附常數(shù)結(jié)果列于表 22。 表 22 煤樣吸附瓦斯試驗(yàn)成果表 測(cè)定地點(diǎn) 吸 附 常 數(shù) 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(yùn)輸巷 2051 運(yùn)輸巷 煤的孔隙率測(cè)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(nèi)表面上，孔隙內(nèi)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(biāo)，孔隙率測(cè)定是在實(shí) 驗(yàn)室進(jìn)行的，它通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的煤樣測(cè)定煤的真假密度來(lái)計(jì)算，計(jì)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(chēng)視密度）， t/m3。 XX 煤礦 2號(hào) 煤層煤的孔隙率見(jiàn)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(shù)有兩個(gè)，它們是鉆孔初始瓦斯涌出強(qiáng)度q0 和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α，其中鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)α是 評(píng)價(jià)煤層瓦斯預(yù)抽難易程度的一個(gè)重要指標(biāo)。 q0 和α值是通過(guò)測(cè)定不同時(shí)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(shí)間 t 時(shí)的鉆孔自然瓦斯流量， m3/min； q0— 自排時(shí)間 t=0 時(shí)的鉆孔自然瓦斯流量， m3/min； α — 鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù)， d1； 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 17 t— 鉆孔自排瓦斯時(shí)間， d。 對(duì)（ 21）式積分，可以得到任意時(shí)間 t 內(nèi)鉆孔自然瓦斯涌出總量 Qt； 即： Qt=QJ(1eα t) 式中： Qt— 時(shí)間 t 內(nèi)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(hào)意義同前。 具體測(cè)定步驟為： (1)在掘進(jìn)工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個(gè)孔徑φ 75mm，長(zhǎng) 30～40m的鉆孔，用φ 15mm鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長(zhǎng)度 2m左右，并記錄成孔和封孔時(shí)間； (2)定期測(cè)量鉆孔自然瓦斯流量 q，并記錄流量測(cè)定時(shí)的鉆孔自排瓦斯時(shí)間t； (3)根據(jù)不同自排時(shí)間下的鉆孔自 然瓦斯流量測(cè)定數(shù)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(yùn)輸巷 442m 處各 打一個(gè) 煤層 順層 鉆孔，測(cè)定鉆孔自然瓦斯涌出量及衰減情況見(jiàn) 表 2圖 226。 表 23 施工參數(shù) 煤層 打鉆地點(diǎn) 鉆孔深度 （ m） 鉆孔直徑 （ mm） 封孔長(zhǎng)度 （ m） 凈孔長(zhǎng)度 （ m） 初始涌出量（ l/min） 衰減系數(shù) （ d1） 2號(hào) 東翼主皮帶巷 41 42 4 37 2號(hào) 205運(yùn)輸巷 38 42 4 34 ? ?? )e(1q1440dteqdtqQ t0t0 t0t0 tt ?? ????? ?? 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 18 y = 10110 1 2 3 4 5 6 7 8時(shí)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(shí)間（d ）鉆孔瓦斯涌出量（l/min） 圖 26 205 運(yùn)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(shù) 煤層透氣性系數(shù)是衡量煤層中瓦斯流動(dòng)難易程度的重要指標(biāo)，是評(píng)價(jià)煤層瓦斯能否實(shí)行預(yù)抽的基本參數(shù)。目前，國(guó)內(nèi)通常采用徑向流量法來(lái)確定煤層透氣性系數(shù)。 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(cè)定采用間接法測(cè)定瓦斯壓力，只能采用測(cè)定煤層鉆孔瓦斯流量的方法來(lái)近似計(jì)算煤層透氣性系數(shù)作為參考。 徑向流量法測(cè)定煤層透氣性系數(shù)時(shí)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(shí)測(cè)法，即利用石門(mén)揭煤巷道在揭煤前打穿層鉆孔穿透煤層，封孔測(cè)定煤層原始瓦斯壓力；其二為間接法， 南山煤礦 2 號(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及瓦斯抽放可行性論證 19 即利用新鮮煤樣，測(cè)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(cè)定采用間接法確定煤層原始瓦斯壓力。間接法計(jì)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(shù)， 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(jì)算瓦斯壓力。已知煤層原始瓦斯含量 X 時(shí)，利用上式即可反算出煤層原始瓦斯壓力 p，計(jì)算結(jié)果如表 24 所示。 表 24 2號(hào) 煤層瓦斯壓力計(jì)算結(jié)果 測(cè)試地點(diǎn) 地表標(biāo)高 （ m） 取樣標(biāo)高 （ m） 可燃質(zhì)瓦 斯含量(m3/) 吸附常數(shù) 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(yùn)輸巷 +1260 +920 2051 運(yùn)輸巷 +1260 +950 根據(jù)間接法推算， XX 煤礦 2號(hào)煤層在東翼主皮帶 下山 442m（標(biāo) 高 +750m） 、205 運(yùn)輸順槽 442m（標(biāo)高 +920m） 和 2051 運(yùn)輸順槽 400m（標(biāo)高 +950m） 處瓦斯壓力分別為 、 和 。 (2)瓦斯含量系數(shù)測(cè)定 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(shù)： α =Xγ / 式中 α — 瓦斯含量系數(shù)， 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(hào)煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)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(jīng)計(jì)算， 2 號(hào)煤層的瓦斯含量系數(shù)如表 25 所示。 表 25 煤層瓦斯含量系數(shù)計(jì)算 (3)煤層透氣性系數(shù)計(jì)算 徑向流量法計(jì)算煤層透氣性系數(shù)的公式如下 表 26 徑向流量法計(jì)算煤層透氣性系數(shù)公式表 表中： F0— 時(shí)間準(zhǔn)數(shù)，無(wú)因次；