【文章內(nèi)容簡介】 圖25 A5煤層吸附瓦斯等溫線圖26 A3煤層吸附瓦斯等溫線⑴ 工業(yè)分析測定用樣品的制備取現(xiàn)場采取的新鮮煤樣500g粉碎，取篩下顆粒裝入磨口瓶中密封加簽待用，每個煤樣制備2～3個樣品，每個樣品重量不得少于50g。⑵ 煤樣的工業(yè)分析方法① 177。～110℃的干燥箱內(nèi)干燥到恒重，其所失去的重量占煤樣原重量的百分數(shù)作為水份；② 177。，放入箱形電爐內(nèi)灰化，然后在815177。10℃的溫度條件下灼燒到恒重，并冷卻至室溫后稱重，以殘留物重量占煤樣原重量的百分數(shù)作為灰份；③ 177。，放入帶蓋的瓷坩鍋中，在900177。10℃的溫度條件下，隔絕空氣加熱7分鐘，以所失去的重量占煤樣原重量的百分數(shù)減去該煤樣的水份作為揮發(fā)份。⑶ 煤樣工業(yè)分析結(jié)果按上述方法分別對各煤層煤樣進行工業(yè)分析，測定結(jié)果見表21。煤的孔隙率是單位質(zhì)量或體積煤中全部孔隙所占的體積。用單位質(zhì)量煤表示時，孔隙率k的單位是cm3/g或m3/t；用單位體積煤表示時，孔隙率k1的單位是cm3/cmm3/m3或%。煤的孔隙率是決定煤中游離瓦斯含量大小的主要因素之一。在相同瓦斯壓力下，煤的孔隙率越大，則所含游離瓦斯量也越大。煤的孔隙率按下式計算： ????????????????????????????????????????????? (27) ??????????????????????????????????????????????(28)式中：—煤的視密度(視比重)，即包括煤中孔隙在內(nèi)的煤塊的密度，t/m3；—煤的真密度(真比重)，即扣除孔隙后煤骨架的密度，t/m3。⑴ 煤的視相對密度測定稱取一定粒度的煤，表面用蠟涂封后，放入密度瓶內(nèi)，以十二烷基硫酸鈉為浸潤劑，測出涂蠟煤粒所排開同體積水溶液的質(zhì)量，計算涂蠟煤粒的視密度，減去蠟的密度后，求出在20℃時煤的視相對密度。⑵以十二烷基硫酸鈉為浸潤劑，使煤樣在密度瓶中潤濕沉降，并除出吸附的氣體，根據(jù)煤樣排出的同體積的水的質(zhì)量算出煤的真相對密度。⑶ 煤的孔隙率測定結(jié)果進行煤的真、視相對密度測定后，根據(jù)公式（28）計算出煤的孔隙率，計算結(jié)果見表21。表21 煤樣吸附瓦斯試驗、工業(yè)分析與孔隙率測定結(jié)果煤層采樣地點吸附常數(shù)灰份Aad(%)水份Mad( %)揮發(fā)份Vdaf(%)真密度(t/m3)視密度(t/m3)孔隙體積(m3/m3)a(ml/gr)b(MPa1)A9+1818m運輸石門A8+1818m運輸石門A7+1818m運輸石門A5+1818m運輸石門A3+1818m運輸石門煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離瓦斯的氣體壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。它是煤層瓦斯賦存與涌出的基本參數(shù)，亦是煤層瓦斯流動的動力。煤層瓦斯壓力是決定煤層瓦斯含量的一個主要因素，當煤的吸附瓦斯能力相同時，煤層瓦斯壓力越高，煤中所含瓦斯量也就越大。它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對于合理地進行通風設(shè)計起著重要的作用。因此，準確測定煤層瓦斯壓力是十分必要的。煤層瓦斯壓力間接測定方法是根據(jù)煤層瓦斯流動規(guī)律、煤層透氣性系數(shù)、瓦斯解吸規(guī)律、煤層瓦斯含量系數(shù)曲線等，通過計算，推測出該地點的瓦斯壓力。間接測壓法一般用于難以進行直接測壓的條件下，根據(jù)煤層原始瓦斯含量、殘存瓦斯含量等基礎(chǔ)參數(shù)推算煤層瓦斯壓力，以及由地層深度估算煤層瓦斯壓力等。直接測定煤層瓦斯壓力方法是先用鉆機由巖層巷道或煤層巷道向預定測量煤層瓦斯壓力的地點打一鉆孔，然后在鉆孔中放置測壓裝置再將鉆孔嚴密封閉堵塞并將壓力表和測壓裝置相連來測出瓦斯壓力。根據(jù)礦井現(xiàn)場實際情況，采用直接法測定煤層瓦斯壓力。進行煤層瓦斯壓力測定時，最好在距煤層一定距離的巖石巷道打穿層鉆孔進入煤層進行測定。測定地點還要盡量避開大的斷層、褶曲、裂隙帶以及其它地質(zhì)構(gòu)造帶，鉆孔周圍煤層應處于原始狀態(tài)，且需保證鉆孔的巖石段完好。根據(jù)礦井開拓布置、煤層賦存情況和井下風、水、電等實際條件來選擇確定。測壓地點選在+1818m水平運輸石門巷道中。首先，向測壓煤層打鉆孔，穿透煤層全厚，鉆孔打至煤層頂板（或底板）500mm處。鉆孔施工好后，立即清洗鉆孔，保證鉆孔暢通，然后插入測壓管至預定的深度，再用木塞將鉆孔嚴密封閉，用泥漿泵（或可控式注射儀）向孔內(nèi)注入預定量的水泥漿。封完孔24小時后，在測壓管上安裝壓力表，并定期觀測壓力值，待壓力升至最高值并穩(wěn)定后，壓力表指示的即為煤層瓦斯壓力（表壓力）。測定瓦斯壓力示意圖如圖27所示。圖27 注水泥漿測定瓦斯壓力方法示意圖按照上述方法，分別對AAA7及A3煤層的瓦斯壓力進行測定，各測定鉆孔參數(shù)及瓦斯壓力測定結(jié)果如表22所示。表22 瓦斯壓力測定鉆孔施工布置參數(shù)及測定結(jié)果表煤層標高(m)傾角( 176。)方位角( 176。)孔徑(mm)孔深(m)見煤斜長(m)表壓力(MPa)絕對瓦斯壓力(MPa)A9+181810326753226A8+18181032675A7+1818201467528A3+18181522775煤層瓦斯含量是指單位體積或重量的煤體中所含有的瓦斯量（換算成標準狀態(tài)），常用m3/t或ml/g作為計量單位。本次測定的瓦斯含量都是選擇未受采動影響的原始媒體，即原始瓦斯含量。煤層原始瓦斯含量是煤層瓦斯主要參數(shù)之一，它是計算礦井瓦斯儲量和預測瓦斯涌出量的基礎(chǔ)，也是判定煤與瓦斯突出危險性的重要參數(shù)之一。本次煤層瓦斯含量測定采用直接法和間接法相結(jié)合的測定方法。直接法測定煤層瓦斯含量，即利用煤層鉆孔采集原始煤體煤芯，用解吸法直接測定煤樣瓦斯解吸量。該方法測定煤層瓦斯含量的原理是：根據(jù)煤樣瓦斯解吸量、解吸規(guī)律推算煤樣從采集開始至裝罐解吸測定前的損失瓦斯量、實驗室測定煤樣中殘存瓦斯量來計算煤層瓦斯含量。其測定步驟如下：(1)在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤電鉆垂直煤壁打一個Ф42mm、孔深8m以上的鉆孔，當鉆孔鉆至8m時開始取樣，并記錄采樣開始時間t1；(2)將采集的新鮮煤樣裝罐并記錄煤樣裝罐后開始解吸測定的時間t2，用FHJ2型瓦斯解吸速度測定儀（圖28）測定不同時間t下的煤樣累積瓦斯解吸總量Vi ，瓦斯解吸速度測定一般為2個小時，解吸測定停止后擰緊煤樣罐以保證不漏氣，送實驗室測定煤樣殘存瓦斯量。 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28 瓦斯解吸速度測定儀與密封罐示意圖(3)損失量計算將不同解吸時間下測得數(shù)據(jù)按下式換算成標準狀態(tài)下的體積Voi：式中 V0i—算成標準狀態(tài)下的解吸瓦斯體積，ml；Vi—不同時間解吸瓦斯測定值，ml；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，℃。采用圖解法計算瓦斯損失量。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(guān)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。圖29為損失瓦斯量推算方法示意圖。圖29 損失瓦斯量推算方法示意圖 (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、水分、灰分等； (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(zhì)重量，g； X—煤樣可燃質(zhì)瓦斯含量，ml/。煤層原始瓦斯含量X0根據(jù)公式：X0=X（100AdMad）/100式中：X0—煤層原始瓦斯含量，m3/t；X—煤層可燃質(zhì)瓦斯含量，m3/；Ad—灰分%；Mad—水分%。利用以上方法，通過打鉆取樣、井下解吸，實驗室測定煤樣殘存瓦斯量、水分、灰分、揮發(fā)分、煤樣重量、可燃質(zhì)質(zhì)量及瓦斯成分，最后整理計算，將所得煤層瓦斯含量測定結(jié)果列入表23。表23 煤層瓦斯含量測定結(jié)果表煤層編號測定地點標高（m）瓦斯解吸量(m3/t)瓦斯損失量(m3/t)瓦斯殘存量(m3/t)原煤瓦斯含量(m3/t)A9運輸石門+1818A8運輸石門+1818A7運輸石門+1818A7運輸石門+1818A7付井+1864m順槽+1864A5運輸石門+1818A5運輸石門+1818煤是一種富含裂隙和孔隙的非均質(zhì)多孔性物質(zhì)，是天然的吸附劑，煤體吸附瓦斯是煤的一種自然屬性。瓦斯在煤體中的賦存狀態(tài)主要有兩種：一種是游離瓦斯（亦稱自由瓦斯），主要存在于煤的大孔、裂隙之中，符合氣體狀態(tài)方程，其含量取決于大孔和裂隙的體積、煤體溫度及瓦斯壓力；另一種為吸附瓦斯，吸附瓦斯可以分為兩類：一類是吸附在孔隙表面的瓦斯，其含量取決于孔隙的表面積和瓦斯壓力；另一類是以固溶體形式存在于煤分子之間的空間、晶體的芳香層缺陷內(nèi)或芳香族碳的晶體內(nèi)。煤中瓦斯量的70~80%以吸附狀態(tài)儲集于煤的微孔表面，在一些高瓦斯含量的煤層中，煤中所含瓦斯的體積（標準狀況下）可為煤本身體積的30～40倍。間接方法是建立在煤吸附瓦斯理論的基礎(chǔ)上的，這里的煤層原始瓦斯含量也就是吸附和游離兩種狀態(tài)下瓦斯量的總和。要利用間接方法測定出煤層原始瓦斯含量，首先需要在井下實測或根據(jù)已知規(guī)律推算煤層原始瓦斯壓力，并在井下采取新鮮煤樣后送實驗室測定煤的孔隙率、吸附常數(shù)和值和煤的工業(yè)分析，然后再根據(jù)公式計算煤層瓦斯含量。其計算公式如下：?????????????????(29)式中：－煤層瓦斯含量，m3/t；－吸附常數(shù)，試驗溫度下的極限吸附量，m3/t?r；－吸附常數(shù)，MPa1；－煤層絕對瓦斯壓力，MPa；－煤的灰分，%；－煤的水分，%；－煤的孔隙體積，m3 /m3；－煤的視密度，t/m3。間接方法測定各煤層的瓦斯含量結(jié)果如表24所示。表24 間接法測定煤層瓦斯含量結(jié)果表煤層位置標高(m)絕對瓦斯壓力(MPa)瓦斯含量(m3/t)A9運輸石門+1818A8運輸石門+1818A7運輸石門+1818A3運輸石門+1818注A8煤層鉆孔水較多，該煤層瓦斯含量依直接法取值（詳見表22）在同一礦區(qū)且地質(zhì)條件基本不變的情況下，在甲烷帶內(nèi)煤層的瓦斯含量一般也隨著深度的增加而增大，呈線性關(guān)系。煤層瓦斯含量隨深度的變化程度，通常用瓦斯含量梯度來表示，百米瓦斯含量梯度是指煤層賦存深度每增加100m時瓦斯含量的平均增加值，一般采用下式計算： ???????????????????????????????????????????(210)式中：G — 煤層瓦斯含量梯度，m3/(t100m)；、 —在煤