瓦斯含量测定方法和瓦斯抽放技术

煤层瓦斯参数测定方法和瓦斯抽放技术
刘玉洲
河南理工大学安全科学与工程学院
摘要: 煤层瓦斯参数，包括煤层瓦斯含量、煤层瓦斯压力和煤层的透气性，是编制瓦斯地质图、矿井瓦斯治理和瓦斯抽放系统方案设计的重要参数。

本章从实用的角度出发比较系统地介绍了煤层瓦斯参数的测定方法和瓦斯抽放技术。

关键词:煤矿,瓦斯;瓦斯含量测定;瓦斯抽放
1 煤的吸附特性
煤是一种包含有机质的岩石，它的有机物成分很复杂。

在电子显微镜下观察，煤的有机物质类似海绵体，具有一个庞大的微孔系统。

微孔直径从几埃到几十埃，微孔之间由一些直径只有甲烷分子大小的微小毛细管所沟通，彼此交织，组成超细网状结构，提供了很大的内表面积，有的高达200m2／g。

这种超细结构好象一个分子筛，能够容纳甲烷的分子，而不破坏它的化学结构，也就是说，瓦斯处于吸附和游离状态。

吸附瓦斯在一定的瓦斯压力下，吸附在微孔的内表面上，形成一个瓦斯吸附层，吸附很紧，瓦斯分子之间，也十分紧密，吸附层厚度可达l-2个瓦斯分子直径。

游离瓦斯就贮藏在微孔之中。

在烟煤中，这种微孔大致占总孔隙的20-50％。

由于煤的超细结构具有大量的内表面积，吸附大量的瓦斯，因而一吨煤的瓦斯含量可以高达50-60m3。

1.1煤吸附瓦斯的本质
研究表明煤对瓦斯的吸附作用,在一定瓦斯压力下乃是物理吸附,其吸附
热一般小于20kJ / mol 。

煤表面的原子(它们的价力尚未达到完全饱和程度) 在其表面产生一种力场。

在这种力场的影响下,周围的瓦斯分子比无力场存在时更易凝结。

瓦斯的凝结能力决定着它的被吸附能力,煤分子对瓦斯气体分子的吸引力越大,煤对瓦斯气体的吸附量越大。

煤分子和瓦斯气体分子之间的作用力由德拜(Debye) 诱导力和伦敦色散力(London Dispersion force) 组成,由此而形成吸引势,即吸附势阱深度Ea (也称势垒)。

自由气体分子必须损失部分所具有的能量才能停留在煤的孔隙表面,因此吸附是放热的；处于吸附状态的瓦斯气体分子只有获得能量Ea 才能越出吸附势阱成为自由气体分子,因此脱附是吸热的。

瓦斯气体分子的热运动越剧烈,其动能越高,吸附瓦斯分子获得能量发生脱附可能性越大。

当瓦斯压力增大时,瓦斯气体分子撞击煤体孔隙表面的机率增加,吸附速度加快,瓦斯气体分子在煤孔隙表面上排列的稠密度增加。

吸附量与瓦斯压力的关系(吸附等温线) ,一般可用朗格缪尔方程式计算。

1.2瓦斯吸附影响因素及影响因素分析
煤的吸附性的大小主要取决于3个方面的因素，即：①煤结构、煤的有机组成和煤的变质程度；②被吸附物质的性质；③煤体吸附所处的环境条件。

由于煤对瓦斯的吸附是一种可逆现象，吸附瓦斯所处的环境条件就显得尤为重要。

煤中瓦斯吸附量的大小主要取决于煤化变质程度、煤中水分、瓦斯性质、瓦斯压力以及吸附平衡温度等。

1.2.1瓦斯压力对瓦斯吸附的影响
当温度与其他因素相同时，煤储层甲烷吸附量随压力的增加而增大，但不同的压力区间，其增大的幅度是不同的。

低压时，吸附量随压力几乎呈
线性增长，朗缪尔方程可简化为亨利方程，即：
V
V
bP
L
(1)
式中V —吸附量，cm3/g ；
V L —朗缪尔吸附常数，cm3/g ；
b —朗缪尔压力倒数，1/MPa ；
P —气体压力，MPa。

由此可见，低压时吸附量与气体压力成简单的正比线性关系。

在中—高压时，吸附量增长率逐渐变小，至某一极限压力，吸附达到饱和状态，吸附量不再增大。

在地层条件下，瓦斯压力通常是煤层埋深的函数。

下面通过具体的实验验证压力对瓦斯吸附量的影响。

选择晋城煤业集团成庄矿的煤样，样品的煤质分析和煤岩分析指标见表1。

表1 样品的煤质分析和煤岩分析
吸附试验用IS—100型气体等温吸附解吸仪，试验温度为28℃，并采用平衡水分煤样，所测得的晋城煤样压力和吸附量之间的关系如图1所示。

图1 晋城煤吸附甲烷量与压力的关系
从煤样解吸附试验可以看出，当温度及其他因素相同时，煤层瓦斯吸附量随压力的增加而增大。

但在不同的压力区间，其增加的幅度是不同的。

低压时，吸附量随压力几乎呈线性增长，在中—高压时，吸附量增长率逐
渐变小，至某一极限压力，吸附达到饱和状态，吸附量不再增大。

地层条件下，瓦斯压力通常是煤层埋深的函数。

1.2.2 温度对瓦斯吸附的影响
大量实验证明，瓦斯在煤中的吸附是单层物理吸附，瓦斯在煤中的吸附量可用朗格缪尔方程来表示，即：
m C bp abp W γ+=1L L
p p p V += (2)
式中：Wc ——单位体积煤中吸附瓦斯含量，g/cm 3；
a 、
b ——煤的吸附常数；
P ——瓦斯压力，MPa ；
m γ——煤的容重g/cm 3。

现在先分析关系式L
L c p p p V W +=，理论上，吸附常数V L 不受温度的影响，在任何温度条件下，极限吸附量都相同。

而压力常数P L 与温度有关，其关
系式可由Vant Hoff 方程给出：
)/exp(10RT H b P b L ∆-== (3)
式中 b 0——朗缪尔压力常数，1/MPa ；
024********
16
19
22
25
28
V /c m
g -1
吸附量p / MPa
△H ——吸附能，cal/(g ．mol)；
R ——通用气体常数，1.987 cal/(g ．mol ．k)；
T ——绝对温度，K 。

在关系式m
C bp abp W γ+=1中，在等温情况下，a 、b 被视为常数。

当温度变化时，a 、b 值也将发生变化。

a 、b 值随温度的变化规律可由试验研究确定。

梁冰等通过实验研究了不同温度，不同瓦斯压力情况下，煤的瓦斯吸附性能的变化规律，得出了当温度、瓦斯压力变化时，煤的瓦斯吸附曲线以及吸附常数随温度变化的数学关系式，吸附常数a 与温度有关，通常可用二次函数表示为：
2210T c c c a -+= (4)
并且随温度的升高，a 值逐渐降低。

这是因为煤对瓦斯的吸附主要以物理吸附为主，物理吸附的速率快，在规定时间内易达到平衡，且为放热过程，所以出现平衡吸附量随温度的上升而降低的现象。

a 值反映了煤对瓦斯的吸附能力。

b 值为吸附解吸速率之比。

b 值随温度变化的规律不十分明显，可用三次方程来表示：
332210T T d T d d d b +++= (5)
温度总是对解吸附起活化作用，温度越高，越有利于解吸，式(2)式描述了温度对吸附的影响，吸附是放热过程，故是负值，指数项是正值。

所以，随着温度升高，压力常数b 减少，吸附能力减弱。

通过对平顶山二1煤干燥煤样和平衡水煤样分别在30℃、40℃所作的等温吸附试验(图2)可
以验证上述理论正确性。

从平顶山二1煤层煤样的吸附试验可以看出，温度升高，煤层吸附量减少。

在干燥煤样的解吸附试验中，从30℃开始，温度每升高1℃，煤吸附量减少0.2cm3/g 。

平衡水煤样在5MPa 压力时，温度每升高1℃，平衡水煤样甲烷吸附量下降0.12 cm3/g 。

产生这种现象的原因主要是温度的升高，使瓦斯分子活性增大，故而不易被煤体所吸附；同时，已被吸附的瓦斯分子又易于获得动能，会产生脱附现象，使吸附瓦斯量降低。

上面的煤吸附瓦斯的过程实验是在等温条件下，俞启香等人为了考察煤吸附瓦斯过程温度的变化，选取煤化程度相近的煤样，通过实验室的实验，对不同瓦斯、相近的瓦斯压力以及同一种瓦斯、不同的瓦斯压力等情况进行了比较,得出了这样的结论：煤体吸附瓦斯的过程是放热过程; 吸附不同的瓦斯气体时, 煤放出的热量不同。

煤吸附瓦斯时放出热量大小的顺序依次为CO2, CH4和N2煤对其吸附能力越强的瓦斯气体, 吸附时放出的热量越大,对于同一种瓦斯气体, 所充的瓦斯压力(即瓦斯吸附量) 越高, 吸附过程中放出的热量越大。

02
46p / MPa
05
V L ,d a f / m 3t -10246p / MPa 0V L ,d a f / m 3t -1
13548
(a)干燥煤样 (b)平衡水煤样
图2 煤吸附甲烷量与压力的关系
1.2.3 水分对瓦斯吸附的影响
水分的增加会使煤的吸附能力降低。

目前可以采用俄罗斯煤化学家艾琴格尔的经验公式来确定煤的天然水分对甲烷吸附量的影响，其计算公式为：
W X X g ch 31.011+•= (6)
式中 X ch — 含有水分为W （%）的湿煤的甲烷吸附量，m 3/t 可燃物 ；
W — 煤中的天然水分的质量含量，%；
X g — 不含水分干煤的甲烷吸附量，m 3/t 可燃物。

水分对瓦斯吸附的影响的计算结果如图3所示。

图3 煤内水分对瓦斯吸附的影响
由上面的计算结果也可以看出，水分的增加会使煤的吸附能力降低，这主要是因为水分子在煤体孔隙表面形成吸附水膜，使瓦斯气体渗透通道面积减少，因而使得瓦斯气体在煤体中渗透率降低。

1.2.4 煤的变质程度对瓦斯吸附的影响
煤的变质程度是决定煤的瓦斯吸附的重要因素， 随着煤变质程度增高和
0X c h g X
/煤内天然水分质量含量W
挥发分减少，煤的微孔容积增大，所以煤的瓦斯吸附量也随之增加。

一般情况下，从中等变质程度的烟煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速增加状态。

1.2.5 瓦斯组份对瓦斯吸附的影响
1) 煤对不同气体的吸附能力
对于指定的煤，在给定的温度与瓦斯压力条件下，煤体对于二氧化碳(CO2) 、甲烷(CH4) 和氮气(N2) 的吸附能力不同，其吸附能力大小关系为：CO2> CH4> N2。

2) 煤对混合气体的吸附作用
矿井中的瓦斯实际上是一种以甲烷为主的气体混合物。

根据这种情况，周世宁等就煤对混合气体中的不同组分（CO2、CH4、N2）的吸附作用进行了实验，研究结果表明，煤对混合物的不同组分的吸附能力有强弱之分；当混合物由CO2、CH4组成时，在所研究的压力范围内，煤对CO2的吸附始终大于对甲烷的吸附；当混合气体由CH4和N2组成时，CH4为混合气体中的强吸附气体，决定着吸附曲线的趋向动态性质，具体表现在等温吸附曲线上则为：煤对混合气体的等温吸附曲线在压力不高时，相对混合气体中强吸附组分的等温吸附曲线很接近，随着吸附压力的增高，其介于两组分之间。

另外，混合气体各组分的百分比不同、分压不同，所得的吸附等温线也本同。

由此可以认为，煤对混合气体的吸附性不仅与对混合气体中各组分的吸附性强弱有关；而且还和各组分的分压有关，煤对分压大的气体组分的吸附性会相应提高。

由分压大的强吸附气体和分压小的弱吸附气体组成的混合气体的等温吸附曲线很接近分压大的强吸附气体在单独作为吸附质时的等温吸附曲线。

各组分的分压变化与其吸附量的变化是不成比例的，在
吸附过程中，游离相的成分会发生变化，使得被吸附组分数量间的关系与原始混合气体中的不同，这就给研究工作带来一定的困难；但尽管吸附混合气体时组分间会相互影响，在等温条件下，其吸附量与压力的关系仍可用朗格缪尔等温吸附的修正方程加以表示：
B
B A A A mA A A P
C P C P X C X 1111++••= (7) B B A A B mB B B P C P C P X C X 1111++••=
(8) 式中 X A 、X B ——煤吸附混合气体中组分A 、组分B 的吸附量，ml/g 可燃
物；
C 1A 、C 1B ——朗格缪尔吸附常数；
X mA 、X mB ——煤吸附A 、B 组分的最大吸附量，ml/g 可燃物；
P A 、P B ——A 、B 组分的分压，Pa 。

通过计算表明煤对混合气体中各组分的吸附量比对该组分单独作为吸附质时的吸附量要小，这也说明了煤对混合气体的吸附不仅与其本身的性质有关，而且还与混合气体中各组分的类型有关。

煤对由CO 2 和CH 4、CH 4和N 2 组成的混合气体及CO 2、CH 4、N 2 的吸附性强弱的顺序依次为：CO 2＞CO 2十CH 4＞CH 4＞CH 4十N 2＞N 2。

1.3 煤吸附瓦斯的过程
煤体中注入瓦斯的过程也是一个渗流—扩散过程。

瓦斯气体分子不能立即同时与所有的孔隙、裂隙表面接触，在煤体中形成了瓦斯压力梯度和浓度梯度。

由瓦斯压力梯度引起渗流，这种过程在大的裂隙、孔隙系统（面割理和端割理）内占优势；瓦斯气体分子在其浓度梯度的作用下由高浓度
向低浓度扩散，这种过程在小孔与微孔系统内占优势。

瓦斯气体在向煤体深部进行渗流—扩散运移的同时，与接触到的煤体孔隙、裂隙表面发生吸附和脱附。

因此，就整个过程来说，是渗流—扩散、吸附—脱附的综合过程。

（1）渗流过程渗流过程是吸附全过程的第一步。

在一定瓦斯压力梯度下，瓦斯气体分子在大孔系统（面割理和端割理）中渗流，在煤基
质外表面形成瓦斯气体气膜。

（2）外扩散过程外扩散过程是煤基质外围空间的瓦斯气体分子穿过气膜，扩散到煤基质表面的过程。

（3）内扩散的过程内扩散的过程是瓦斯气体分子进入煤基质微孔穴中，扩散到煤基质内表面的过程。

（4）吸附过程吸附过程是经过“外扩散”、“内扩散”而到达煤基质内表面的瓦斯气体分子，被煤基质吸附的过程。

（5）脱附过程脱附过程是在进行上述“1、2、3”吸附过程的同时还伴有部分被脱附的瓦斯气体分子，离开煤基质的内孔表面和外表面，
进入瓦斯气膜层的过程。

（6）内孔中瓦斯气体分子的反扩散过程，是指经脱附过程进入瓦斯气体气膜内扩散到煤基质外表面进入瓦斯气体气相主体的过程。

（7）煤基质外表面反扩散过程，是指经脱附过程进入煤基质外表面瓦斯气体膜扩散到瓦斯气体相主体中的过程。

1.4 吸附时间
吸附时间由罐装煤样解吸试验求得，定义为实测气体体积累计达到63%
所对应的时间。

显然，吸附时间短，则煤层气井有可能在短期内达到产能高峰，有利于缩短开发周期，但不利于煤层气井的长期稳产。

煤层气的吸附时间变化较大。

例如，美国圣胡安盆地、中阿巴拉契亚等为1-5天，黑勇士盆地为1-30天，北阿巴拉契亚为80-100天，长短相差悬殊，最大值与最小值相差达100倍以上。

我国以前煤层吸附时间的资料较少，近年来随着煤层气的开发进行过少量测试。

总的看来，我国煤层吸附时间在数小时至5天之内。

例如，平顶山三9-10煤为2-3天，二1煤为13小时；淮南13-1煤为1小时到4.6天，11-1煤为1小时到1.8天，8煤为3小时到1.5天；韩城3煤在1小时左右，11煤为8小时；峰峰2煤为1.5小时到1.6天，4煤和6煤仅有数小时；沁水盆地北部韩庄井田石炭—二叠系煤的吸附时间相对较长，但也只有1-9天。

与美国圣胡安盆地和中阿巴拉契亚地区类似，煤层气解吸速率较快，若为水饱和煤储层，很快就能达到较高气产量。

煤储层吸附时间长短似乎与煤的等级没有特定关系，但在某些矿区常与煤层含气量的高低有关。

例如，淮南煤田4口煤层气井石炭—二叠系煤储层测试资料表明：吸附时间随甲烷含量减少而增长，尤其是在瓦斯含量小于8m3/t之后吸附时间急剧增长。

2 瓦斯的解吸特性
2.1 瓦斯扩散形式及影响因素
当煤体和瓦斯气体间的吸附平衡状态遭到破坏时，煤粒中瓦斯很快解吸，这个过程由两个阶段构成，第一阶段是瓦斯的解吸附作用，第二阶段是瓦斯从煤粒微孔向采掘空间扩散的过程，瓦斯气体扩散速率主要由第二
阶段决定。

扩散系数越大，扩散速率越高。

煤体瓦斯扩散机理主要由孔隙形状大小和瓦斯气体状态决定。

瓦斯扩散分为:Fick 扩散、Koundson 扩散和表面扩散。

当煤体中孔隙尺寸大于瓦斯气体分子平均自由程时，瓦斯扩散属于Fick 扩散，否则是Koundson 扩散。

由于煤体是很好的吸附剂，表面扩散也占着重要地位。

Fick 扩散和Koundson 扩散的扩散系数都受温度的影响，温度越高扩散越快。

表面扩散受两个因素影响:温度和表面的吸附势阱深度。

温度越高和表面的吸附势阱深度越低扩散越快。

2.2 临界解吸压力与理论解吸率
煤层气临界解吸压力与煤层瓦斯含量及吸附—解吸特性呈函数关系，是估算煤层瓦斯抽放率的重要参数。

临界解吸压力与储层压力之比（简称为临储压力比）往往决定了地面煤层气开采中排水降压的难易程度。

2.2.1 临界解吸压力
临界解吸压力P cd 系指在等温曲线上煤样实测含气量Q 所对应的压力，可
由式（9）计算得到。

Q V QP P L L cd -= (9)
地面瓦斯抽放钻孔及煤层气井参数大多均获得了实测含气量、储层压力、平衡水等温吸附曲线等资料，从而可计算出煤层的实测饱和度和临界解吸压力，经过研究人员实地考察计算，将我国部分煤层气实测饱和度及临界解吸压力进行了总结（表2），从表2中可以看出煤层甲烷实测饱和度变化较大，为15.8%-83.3%，平均为44%；临界解吸压力分布于0.5-6.51MPa 之间，其中大城、淮北芦岭偏高，为6.51-5.98MPa 。

与美国圣胡安盆地相
比，我国煤层得饱和度与临界解吸压力普遍偏低。

表2 我国部分目标区煤层气实测饱和度及临界解吸压力
注：Vre —0.7 MPa井底压力下残留的煤层气量；r —（实测气含量—Vre）/实测气含量
需指出的是，根据等温吸附曲线计算的临界解吸压力值普遍偏低，临储比很小，导致气井采收率偏低，由此去评价这些地区将失去经济开发意义。

但是，现有一些煤层气试验井的排采资料表明气井的实际临界解吸压力高于根据等温吸附曲线所计算的值，如铁法DT-3井液面降到85m就开始产气，上煤组深度为532m，实际临界解吸压力为4.47，比计算的临界解吸压力高得多；屯留TL—003井实际临界解吸压力亦比计算得的临界解吸压力高0.7 MPa。

2.2.2 理论瓦斯抽放率
煤层甲烷采收率不仅取决于煤层的含气性、煤的吸附/解吸特性以及煤
层所处的原始压力系统，而且相当程度上受控于煤层气的钻井、完井和开采工艺，即煤层被打开后储层压力所能降低的程度和压力的大小。

据美国的经验可降至的最低储层压力（即枯竭压力Pad ）为100磅/平方英寸，约为0.7 MPa ，由临界解吸压力和朗谬尔常数可计算出最大理论采收率。

)()(1ad L cd cd L ad P P P P P P ++－＝η (10)
根据我国部分煤层气试井计算得出我国煤气平均可采率为35%，变化于11.2%-74.5%，理论做大采收率平均为27%，变化于6.7%-76.5%（表2），这一数值大体反映了我国煤层气采收潜势。

2.3 解吸率和解吸速率的影响规律
煤的瓦斯解吸是煤中瓦斯由于储层压力降低，由吸附瓦斯转变成游离瓦斯的过程，在降压过程中，吸附/解吸动态平衡结果是造成吸附量的减少。

煤储层解吸特性常用解吸率和解吸速率来衡量，解吸总量由阶段解吸量组成，解吸速率往往采用吸附时间来定量表示。

2.3.1 解吸率的影响因素
我国现有煤层气解吸资料多有4部分组成，即逸散量、现场两小时解吸量、真空加热脱气量和粉碎脱气量。

逸散气量、解吸气量之和与总气体之体积百分比称为可解吸率。

我国煤的吸附特性变化较大：煤层甲烷解吸率变化于9.1%-59.0%之间，平均约为30%；陕西韩城最高，可达59.0%；云南恩洪次之，约为53%；沁水盆地中—南部为32.9%；甘肃窑街最低，只有9.1%。

解吸率受煤储层原位含气量和储层压力的影响，即与煤层埋藏深度有关。

例如，沁水盆地潞安和晋城矿区埋深900m 以浅石炭—二叠纪煤的甲烷
解吸率随深度加大而略有增加；而辽宁铁法和甘肃宝积山中生代煤储层随埋深加大反而减少。

由此看来，不同地区和不同时代煤储层甲烷解吸率与埋深之间的关系差异较大。

图4是对辽宁铁法和山西晋城的煤的解吸率在不同的埋深时的试验结果。

(a)
(b)
图4 煤层埋深与解吸率的关系
300400500600
700800900
2427
30
333639
42
埋深 / m 可解吸率 /
%300400500600
700800900
15
18
21
24
27
30
可解吸率 /% 埋深/ m
2.3.2瓦斯解吸速率的影响因素
（1）颗粒的大小
煤中瓦斯的赋存一般有吸附瓦斯和游离瓦斯两种状态，通常吸附瓦斯量占80%-90%，吸附瓦斯在一定的瓦斯压力下，吸附在微孔的内表面上，形成一个瓦斯吸附层，处于吸附状态的瓦斯分子会通过煤层扩散到裂隙中。

煤的粒度越小，扩散到裂隙中的距离也就越短，因此由小的颗粒组成的煤样其瓦斯分子解吸速率相对来说就比较高。

下面是对粒度不同的煤样所作的瓦斯解吸附试验。

实验步骤如下：①取煤样中较完整的部分先解吸半个小时；②在球磨罐中捣碎样品，让样品在
罐内继续解吸2个小时，直到解吸附速率稳定为止；③打开球磨罐把样品分成三类不同的尺寸：小于1.4mm ，1.4-25.4mm ，大于25.4mm 。

然后把这三类不同尺寸的颗粒煤单独放于球磨罐中分别进行解吸附试验，大约需要5-6个月的时间。

实验结果见图5。

图5 粒度大小对瓦斯解吸速率的影响
从上面的实验可以看出：粒度最小的颗粒煤的瓦斯解吸附速率最快，
0048
200
2
610
瓦斯生成量
c m /g
3解吸时间，天
在实验的前20天几乎释放了其中90%的瓦斯。

而其余两组粒度较大的煤样的瓦斯解吸附时间较长。

解吸完所有的瓦斯需要较长的时间。

但是在有的煤样的瓦斯解吸附实验中我们会发现某些粒度较大的煤样比普通煤样具有较高的１分钟的解吸速率值和解吸速率随时间下降的速率值。

这说明在突出前的准备阶段或突出过程中，煤进一步的粉碎，不但原有裂隙得到了扩张，而且也形成了新的裂隙，给瓦斯迅速解吸创造了良好的条件，以至较大的煤块中也能迅速解吸瓦斯。

（2）煤质有机组成
如果煤样中含有煤矸石、泥土等成分则会影响颗粒煤的瓦斯解吸附速率，所以在取煤样时一般取煤样中较完整的部分，对于柱状煤芯，应采取中间含矸少的完整部分，对于粉末及块状煤芯，要剔除矸石、泥土及研磨烧焦成分，不用水清洗，保持原状装罐。

（3）煤的力学性质
煤的瓦斯解吸速率主要与煤的层理性和煤的裂隙性有关。

煤的内部有许多小的分层，也就是煤的层理；所有使煤的固结程度削弱的面，不论小于1毫米，或大到几厘米、几十厘米都可认为是裂隙。

煤的层理和裂隙越多，则瓦斯在解吸时，就会沿着层理和裂隙的方向，迅速的释放出瓦斯，从而提高煤的瓦斯解吸速率。

2.3.3 瓦斯解吸速度的计算
对球形煤屑瓦斯放散来说，在煤屑暴露瞬间只是煤屑外面的瓦斯开始涌出，随时间增长，煤屑深部的瓦斯开始流动，瓦斯流动界面逐渐缩小，瓦斯流动的通道长度增加，运动阻力增大。

当瓦斯流动的长度达到煤屑半
径后，随着时间继续延长煤屑中心的瓦斯压力相应降低，因此，瓦斯从煤屑中放散的速度随时间延长而降低。

描述这一衰变过程经验方程通常采用艾黎式(E.M.Airey) 。

艾黎根据对破碎煤的实测结果认为累计瓦斯解吸量可按下式确定。

}]][exp{1[0n t t t Q Q --∞= (11)
式中 Q t —到时间t 为止累计瓦斯解吸量，m 3/g ；
Q —煤体最大累计瓦斯解吸量，m 3/g ；
n —由煤裂隙形式决定的常数，与煤破坏类型有关；
t 0—时间常数。

西德工学博士文特和雅纳斯认为，煤从吸附平衡压力解除开始，瓦斯放散速度随时间变化可用幂函数表示。

T K a a t t t V V -=][ (12)
式中 V t 、V a —分别为时间t 及t a 时的放散速度，cm 3/mi n ·g ；
K T —支配瓦斯放散随时间变化的指数。

煤层瓦斯放散特性与煤的瓦斯含量， 吸附平衡压力、放散时间、煤样粒度、煤的破坏类型以及煤的物理化学特性等有关。

2.4 煤层瓦斯压力与瓦斯解吸指标的试验研究
瓦斯压力P 是煤层孔隙内气体分子自由热运动撞击所产生的应力, 它是决定煤层瓦斯含量多少、瓦斯流动能力高低以及瓦斯动力现象潜能大小的基本参数, 在研究与评价瓦斯储量、瓦斯涌出、瓦斯流动、瓦斯抽放和瓦斯突出问题中, 掌握瓦斯压力数据最为重要。

瓦斯解吸指标K 1值为煤样。