【正文】 MPa1/2； pX /?? ???????????????????????????????????????? (213) X — 煤的瓦斯含量， m3/m3； p — 確定煤瓦斯含量時(shí)的瓦斯壓力， MPa； 0p —煤層原始的絕對(duì)瓦斯壓力 (表壓力加 )， MPa； 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 40 1p —鉆孔內(nèi)排放瓦斯時(shí)的瓦斯壓力，一般為 ； 1r —鉆孔半徑， m； ? — 煤層透氣性系數(shù)， 。 徑向不穩(wěn)定流動(dòng)的計(jì)算公式見(jiàn)表 28。 目前，我國(guó)廣泛采用的測(cè)定方法是在煤層瓦斯向鉆孔流動(dòng)的狀態(tài)屬?gòu)较虿环€(wěn)定流動(dòng)的基礎(chǔ)上建立的，通過(guò)測(cè)定煤層瓦斯徑向不穩(wěn)定流量來(lái)計(jì)算煤層透氣性系數(shù) ， 該方法稱為 徑向流量法。 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 38 表 26 鉆孔施工參數(shù) 表 27 煤層瓦斯自然涌出特征計(jì)算結(jié)果 煤層 涌出規(guī)律 qt=qoeαt 百米初始瓦斯涌出強(qiáng)度 (103m3/) 鉆孔自然瓦斯流量衰減系數(shù) (d1) 百米鉆孔極限瓦斯涌出量 (m3) A8 qt= 1319 A3 qt= 420 煤 層透氣性系數(shù)測(cè)定 煤是一種多孔介質(zhì)，在一定的壓力梯度下，瓦斯可以在煤體內(nèi)流動(dòng)，煤層瓦斯流動(dòng)難易程度通常用煤層透氣性系數(shù)來(lái)表示。 具體測(cè)定步驟為： (1)在煤層 施工順層 鉆孔， 打一個(gè)孔徑 75mm，長(zhǎng) 30～ 40m 的鉆孔，用 φ15mm 鋼管和聚氨酯或水泥沙漿封孔，封孔長(zhǎng)度 2m 以 上 ，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，然后換算成百米鉆孔流量 ； (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（ 25）式回歸分析求出 q0和 α，即為鉆孔自然排放瓦斯規(guī)律。hm； ? －鉆孔自然瓦斯涌出量衰減系數(shù)， d1； t －排放瓦斯時(shí)間， d。一般來(lái)說(shuō)，鉆孔自然瓦斯涌出量隨著時(shí)間的延續(xù)是逐漸減小的，其衰減變化之規(guī)律，通常用下式描述： tt eqq ??? 0 ??????????????????????????????????????????????(211) 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 37 式 中： tq －時(shí)間為 t 時(shí)的鉆孔自然瓦斯涌出量， m3/min 鉆孔瓦斯涌出規(guī)律 表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數(shù)主要有兩個(gè)，分別是鉆孔初始瓦斯涌出強(qiáng)度 0q 和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) ? ，其中 鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)? 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)。 一水平（ +1680m）各煤層瓦斯含量 根據(jù)煤層瓦斯含量最大值， 通過(guò)計(jì)算 得到 礦井各 煤層在 +1680m 水平瓦斯含量 見(jiàn)表 25 所示。瓦斯含量變化關(guān)系式為： A7煤層： X=+ A5煤 層： X=+ 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 36 式中符號(hào)含義同前。100m)； 1X 、 2X —在煤層底板標(biāo)高 1H 、 2H 處的瓦斯含量， m3/t； 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 35 1H 、 2H —煤層瓦斯含量值為 1X 、 2X 時(shí) 測(cè)點(diǎn)的煤層底板標(biāo)高， m； 根據(jù)新疆煤田地質(zhì)局 綜合 地質(zhì)勘探隊(duì)提供的地質(zhì)勘探資料 以及實(shí)測(cè)的地勘資料 ， 對(duì)梅斯布拉克煤礦 各 煤層不同標(biāo)高點(diǎn)瓦斯含量進(jìn)行線性分析，得出煤層瓦斯含量與標(biāo)高之間的變化關(guān)系 ，如圖 2圖 211所示。 表 24 間接法測(cè)定煤層瓦斯含量結(jié)果表 煤層 位置 標(biāo)高 (m) 絕對(duì)瓦斯壓力 (MPa) 瓦斯含量 (m3/t) A9 運(yùn)輸石門 +1818 A8 運(yùn)輸石門 +1818 A7 運(yùn)輸石門 +1818 A3 運(yùn)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(jiàn)表 22） 煤層瓦斯含量梯度 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。其計(jì)算公式如下： ?KPMMAbPa b PX adadad 11 0 01 0 01 ?????????????????????????(29) 式中： X －煤層瓦斯含量， m3/t； a －吸附常數(shù)，試驗(yàn)溫度下的極限吸附量， m3/t?r； 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 34 b －吸附常數(shù)， MPa1； P －煤層絕對(duì)瓦斯壓力， MPa； adA －煤的灰分， %； adM －煤的水分， %； K －煤的孔隙體積， m3 /m3； ? －煤的視密度， t/m3。 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。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)。 利用以上方法，通過(guò)打鉆取樣、井下解吸，實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(jì)算，將所得煤層瓦斯含量測(cè)定結(jié)果列入表 23。 圖 29 損失瓦斯量推算方法示意圖 (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、水分、灰分等； )t( 2 7 3101 . 01 3 )VP9 . 81 h2 7 3 . 2 ( PV w5 isw00i ?? ??? 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 32 (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， g； X—煤樣可燃質(zhì)瓦斯含量， ml/。 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。 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 28 瓦斯解吸速度測(cè)定儀與密封罐示意圖 (3)損失量計(jì)算 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 31 將不同解吸時(shí)間下測(cè)得數(shù)據(jù)按下式換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積 Voi： 式中 V0i—算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的解吸瓦斯體積， ml； Vi—不同時(shí)間解吸瓦斯測(cè)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， ℃ 。該方法測(cè)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(cè)定前的損失瓦斯量、實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤樣中殘存瓦斯量 來(lái) 計(jì)算煤層瓦斯含量。本次煤層瓦斯含量測(cè)定采用直接法 和間接法相結(jié)合的 測(cè)定 方法 。本次測(cè)定的瓦斯含量都是選擇未受采動(dòng)影響的原始媒體，即原始瓦斯含量。) 方位角 ( 176。 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 29 圖 27 注水泥漿測(cè)定瓦斯壓力方法示意圖 按照上述方法，分別對(duì) A A A7及 A3 煤層的瓦斯壓力進(jìn)行測(cè)定，各測(cè)定鉆孔參數(shù) 及瓦斯壓力測(cè)定結(jié)果如表 22 所示。封完孔 24 小時(shí)后，在測(cè)壓管上安裝壓力表，并定期觀測(cè)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）。 首先，向測(cè)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。根據(jù)礦井開拓布置、煤層賦存情況和井下風(fēng)、水、電等實(shí)際條件來(lái)選擇確定。 進(jìn)行煤層瓦斯壓力測(cè)定時(shí)，最好在距煤層一定距離的巖石巷道打穿層鉆孔進(jìn)入煤層進(jìn)行測(cè) 定。 直接測(cè)定煤層瓦斯壓力方法是先用鉆機(jī)由巖層巷道或煤層巷道向預(yù)定測(cè)量煤層瓦斯壓力的地點(diǎn)打一鉆孔，然后在鉆孔中放置測(cè)壓裝置再將鉆孔嚴(yán)密封閉堵塞并將壓力表和測(cè)壓裝置相連來(lái)測(cè)出瓦斯壓力。 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 28 煤層瓦斯壓力 間接測(cè)定 方法是根據(jù)煤層瓦斯流動(dòng)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(guò)計(jì)算 ， 推測(cè)出 該地點(diǎn)的瓦斯壓力。它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對(duì)于合理地進(jìn)行通風(fēng)設(shè)計(jì)起著重要的作用。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(dòng)的動(dòng)力。 表 21 煤樣吸附瓦斯試驗(yàn)、工業(yè)分析與孔隙率 測(cè)定 結(jié)果 煤層 采樣地點(diǎn) 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/g ⑵ 以十二烷基硫酸鈉為浸潤(rùn)劑，使煤樣在密度瓶 中潤(rùn)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(duì)密度。 煤的孔隙率按下式計(jì)算： tpk ??11 ?? ????????????????????????????????????????????? (27) tptk ??? ??1 ??????????????????????????????????????????????(28) 式中： p? — 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； t? — 煤的真密度 (真 比重 )，即扣除孔隙后煤骨架的密度， t/m3。 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。 煤的 孔隙率測(cè)定 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。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?jǐn)?shù)減去該煤樣的水份作為揮發(fā)份。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?jǐn)?shù)作為灰份； ③ 稱取粒度為 以下的分析煤樣 1177。 105～ 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?jǐn)?shù)作為水份； 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 26 ② 稱取粒度為 以下的分 析煤樣 1177。 01020301 2 3 4 5 6P( MPa)X(m3/t) 圖 22 A9煤層吸附瓦斯等溫線 01020301 2 3 4 5 6P(MPa)X(m3/t) 圖 23 A8煤層吸附瓦斯等溫線 01020301 2 3 4 5 6P(MPa)X(m3/t) 圖 24 A7煤層吸附瓦斯等溫線 新疆拜城縣梅斯布拉克煤礦瓦斯抽放可行性研究報(bào)告 25