煤层瓦斯含量直接测定方法.docVIP

2煤层瓦斯含量直接测定方法

2、1国内外概况

直接测定煤层瓦斯含量方法最初就是由法国贝尔塔等人在1970年提出,主要用来估算井下水平钻孔煤芯得含气量。1973年美国矿业局将贝尔塔方法进行了改进,用于地面垂直钻井取芯得瓦斯含量测定,并规范采样操作过程。因此,该方法又称为美国矿业局直接法,并得到推广应用。

国内直接法测定煤层瓦斯含量技术方法沿用了美国矿业局直接法,采用了真空残余脱气方法(沈阳分院),但带来不可控得漏气误差。重庆分院研发人员在实验室内进行了1000多组不同粒径与吸附平衡压力得煤样瓦斯解吸规律实验,得到了煤样破坏类型与解吸特征,开发了DGC型瓦斯含量直接测定装置,见图1。但对含水煤样得瓦斯解吸规律缺乏深入得实验研究。

图1重庆分院DGC型瓦斯含量直接测定装置

2010～2012年中国矿业大学在做淮南矿区瓦斯项目时,通过大量现场解吸实验,得到原始煤层水分条件下得钻孔煤屑瓦斯解吸2小时以内得规律,创立了全钻孔全煤芯取样解吸瓦斯实验技术,用于直接测定煤层瓦斯含量与瓦斯压力,见图2。

图2中国矿业大学瓦斯含量直接测定装置与在线分析气体成分分析系统

2、2测定方法

煤层瓦斯含量直接测定法依据国家标准GB/T232502009煤层瓦斯含量井下直接测定方法。直接、准确测定煤层瓦斯含量,用于矿井采掘部署、开拓延伸设计、煤层瓦斯赋存规律、瓦斯涌出量预测、瓦斯抽采效果评价、煤层气资源评价、突出危险性区域预测及区域验证等方面。

煤层瓦斯含量直接测定法中瓦斯含量由5部分组成:煤样损失瓦斯量X0、井下解吸瓦斯量X1、煤样粉碎前解吸瓦斯量X2、煤样粉碎后解吸瓦斯量X3、大气压下不可解吸瓦斯量X4。

煤样损失瓦斯量为煤体暴露至装入煤样罐损失得解吸瓦斯量。

不可解吸瓦斯量为大气压下煤样粉碎后仍残存在煤体中得瓦斯量,常压下不可解,对突出没有贡献,也无法抽采利用。

2、2、1煤样损失瓦斯量

重庆分院采用测定煤样初始解吸速度、损失时间,采用瓦斯解吸速度模型推算得到。

中国矿业大学根据原始煤层水分条件下得钻孔煤屑瓦斯解吸规律,采用30～60分钟得解吸量、损失时间,应用瓦斯解吸量模型推算得到,单位煤重得解吸瓦斯量X0=/G。有效地消除了速度误差。解吸时间2小时以内得解吸实验方程为:

式中:—t时刻得实际瓦斯解吸量,,;

—t时刻得井下测定得瓦斯解吸量,;

—井下损失瓦斯量,;

—瓦斯解吸时间,,;

—损失时间(煤样暴露时间),;

—测定时间,;

G—解吸煤样重量,g。

瓦斯解吸速度方程为:

—时刻得瓦斯解吸速度,;

—时得初始瓦斯解吸速度,;

煤得损失瓦斯量也可以用Excel表得做图与数据处理程序得到。

2、2、2井下解吸瓦斯量

采用排水集气法测定瓦斯量。采取得煤样装入煤样罐后,将煤样罐与水量筒连接好,每隔每隔1分钟记录量管重量读数及测定时间,连续观测30～60min或解吸量小于1g(cm3/min),将观测结果填写到记录表中,得到井下解吸瓦斯量。单位煤重得解吸瓦斯量X1=/G。

2、2、3煤样粉碎前解吸瓦斯量

采用排水集气法测定瓦斯量。井下送交地面实验室得煤样罐检查气密性确认不漏气后,将煤样罐得出气口用胶管连接到量筒得进气口,打开煤样罐阀门与秒表,每隔1分钟记录排水得体积(cm3)与时刻(min)。连续观察记录30～60min左右,当煤样罐得出气量小于2cm3/min时,得到煤样粉碎前解吸瓦斯量。单位煤重得粉碎前解吸瓦斯量X2=/G。

2、2、4煤样粉碎时得解吸瓦斯量

采用排水集气法测定瓦斯量。当煤样罐得出气量小于1cm3/min时,快速打开煤样罐盖,取出煤样200g称重,精确到0、1g,装入粉碎机得容器内。将容器放在粉碎机上,盖上粉碎机得盖子,并拧紧压盖。

将粉碎机得出气胶管与水瓶得进气口连接好。记录初始水瓶读数。打开粉碎机得开关与秒表,粉碎3～5分钟,每隔5分钟读数,记录排水得体积(cm3)与时刻(min)。直至解吸停止。得到煤样粉碎后解吸瓦斯量。单位煤重得粉碎后解吸瓦斯量X3=/200。

2、2、5不可解吸瓦斯量

大气压下煤样不可解吸瓦斯含量,一般采用等温吸附试验常数a、b值计算得到:

式中:—煤在标准大气压下得不可解吸瓦斯量,;

—吸附常数,;

—吸附常数,;

—煤中水分含量,;

—煤中灰分含量,;

—煤得孔隙容积,;

—煤得真密度,。

2、3钻孔煤样井下解吸瓦斯量测定程序

2、3、1井下解吸瓦斯实验方法

参照煤层瓦斯含量井下直接测定方法(GB/T23250—2009)与地质勘探时期煤层瓦斯含量测定方法,采用改进得钻孔全煤芯解吸瓦斯量测定方法,见图3。井下自然解吸瓦斯量采用解吸称量仪测定。煤样罐通过排气管与解吸称量仪得水量罐连接后,随即有从煤样泄出得瓦斯进入水量罐