防突瓦斯主要参数实验步骤与计算方法

六煤层自然瓦斯成分的计算
煤层自然瓦斯成份是根据煤样粉碎前脱气得到的气体成份计算的。
设第一阶段脱气得到的混有空气的气体通过色相色谱仪分析得出各种气体组分的浓度为别为：C(O2)、C(N2)、C(CH4)、C(CO2)、C(重烃)………%。按照下试计算各种气体组分无空气基的浓度。
式中：A(O2)、A(N2)、A(CH4)、A(CO2)、A(重烃)………………分别为扣出空气后各种气体组分的浓度(%),即做煤层自然瓦斯成份。
三煤样检查与登记
煤样送到实验室后首先进行试漏。将密闭封缶沉入水中，仔细观察5分钟，检查有无气泡冒出。如果发现有气泡冒出经过处理后(将缸盖或压紧螺丝拧紧)后可以继续进行实验的即做为参考试样，否则即算作废品处理。
四脱气前的准备工作
真空脱气装置各个玻璃部件装置要清洗、烘干。组装后在吸气管11、真空管12及量管13、14、中充以适量的酸性饱和食盐水做限定液。真空系统各连接部分用真空封胶密封。真空活塞洗净后涂以真空封脂。在擦洗活塞时，要防止有机溶剂对仪器的污染。
防突瓦斯主要参数的实验方法、数据计算与步骤
一实验目的
掌握煤的瓦斯放散初速度（△P）的测定方法
二实验方法与步骤
煤的瓦斯放散初速度（△P）是表征含瓦斯煤层暴露时放散瓦斯快慢（即从吸附转化为游离状态）的一个指标。目前，△P只能在实验室进行测定，主要步骤为：
⑴采样在煤层新鲜暴露面或通过打钻采取煤样250g，并附标签注明采样地点、层位、采样时间等。
G0--煤样可燃质重量,g；
X--煤样瓦斯含量，ml/g。
三煤层瓦斯含量的计算
煤样总的瓦斯含量包括：采样过程中瓦斯损失量；煤样2小时内解析瓦斯量；粉碎前脱气瓦斯含量；粉碎后脱气瓦斯含量。得出的总瓦斯量(换算到标准状态)除以煤样可燃质重量，得出每克可燃质中含有的瓦斯量，称为采样地点煤层瓦斯含量。
(1)两次脱气抽出气体体积的换算
b煤样与脱气仪器的连接：首先关闭脱气仪的真空计，通过穿刺针头及真空胶管将密封缶与脱气仪连接。
c煤样首先在常温下脱气，直至真空计水银液面开始下降为止。然后，再将煤样加热至95至100度恒温。每隔一段时间重新抽气，一直进行到每半小时内泄出瓦斯量小于10毫升，煤样中所含水分大部分蒸发出来为止。这一阶段脱气大概为6小时左右。个别瓦斯含量大的煤样脱其气时间需要适当延长。
（3）设定恒温水浴温度为试验温度（30℃±1℃）；
（4）拧开高纯瓦斯钢瓶阀门和充气罐阀门a，使高压瓦斯气进入充气罐及连通管，关闭阀a，读出充罐压力值P1i；
（5）缓慢地打开煤样罐阀b，使充气罐中瓦斯进入煤样罐，待罐内压力达到设定压力时（一般在0～6MPa试验压力范围内设定N=7个压力间隔点数，每点均为最高压力的1/n），立即关闭阀b，读出充气罐压力P2i、室温t1。按下式计算充入煤样罐内的瓦斯量Qci：
7——排水管8——排气胶管9——16号胸骨穿刺针头10——密封罐11——压紧螺帽
试验
一实验目的
掌握实验室吸附常数a、b值的测定方法
二实验步骤
在模拟试验装置上测定煤的瓦斯吸附等温曲线和吸附常数的过程如下：
（1）称取重量为60～80g无水干燥基煤样品装入煤样罐Ⅰ中，拧紧罐盖，并关闭系统各阀；
（2）开启恒温水浴、真空泵和复合真空计，设定水浴温度为60℃±1℃，打开煤样罐阀b、阀B、阀A和玻璃三通阀5，对煤样进行长时间真空脱气，直至真空计显示压力为4Pa时，关闭玻璃三通阀5、阀B和真空泵；
沿新暴露的煤层厚度的上、中、下部各采样块度为10cm左右的煤样两块，在地面。煤样采出后用塑料袋包严，以防止分化。将煤样用小锤碎制成20～30mm的小块用孔径20或30mm的筛子筛选。称取制备好的试样50g为一份，每5份为一组，共三组。
四测定步骤
将捣碎筒放置在水泥地板或2cm厚的铁板上，放入试样一份，将2.4kg重锤提高到600mm高度，使其自由落下冲击试样，每份冲击3次，把5份捣碎后的试样装在同一容器中；
按照下式将两次脱气的气体体积换算到标准状态下的体积：
式中：V’－在室温tn°C、大气压力PmmHs条件下贮气瓶内气体体积，ml；
V0’－换算到标准状态下的气体体积，ml；
C0－气压表温度°C；
W’－在室温tn下饱和食盐水的饱和蒸汽压，mmHg。
(2)试验各个阶段各种气体体积的计算
①已知道野外解吸瓦斯及损失瓦斯的体积，按照下公式计算出瓦斯自然成份，
真空脱气装置使用前要严格试漏，要求真空系统在仪器。最大真空度下放置四小时，真空计水银液面上升不超过5毫米。各量管在水准瓶放低情况下无气体渗漏，液面不动。仪器修改后要重新试漏。
五煤样粉碎前脱气
a予抽真空：煤样与脱气仪连接前，对仪器左侧真空系统抽空。达到最大真空度时挺泵，观察真空计水银液面，在10分钟内保持不动为合格。
⑤开动真空泵对仪器管道死空间进行脱气，使U型管泵真空计两端泵面相平；
⑥停止真空泵，关闭仪器死空间通往真空泵的阀门，打开试样瓶的阀门，使煤样与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒表计时，10s时关闭阀门，读出汞柱计两端汞柱差P1(mm)，45s时再打开阀门，60s时关闭阀门，再一次读出汞柱计两端差P2(mm)。
然后按照下式计算某种气体体积
式中：Vi’－换算到标准状态下的混合瓦斯中某种气体体积，ml；
A(X)－按照(3)、(4)、(5)、(6)计算的煤层瓦斯成份中某气体的浓度，％；
②已知两次脱气的气体体积，并且知道气体分析浓度，按照下式计算某种气体体积
Vi’’—换算到标准状态下的混合瓦斯中某种气体体积，ml；
Gr—试验各个阶段某种气体含量，ml.
按照上式(10)计算的各个阶段的瓦斯含量相加，即得出总的瓦斯含量(X)。
X=X1＋X2＋X3＋X4(13)
式中：X1、X2、X3、X4分别为试验各个阶段(二小时瓦斯解吸量、瓦斯损失量、粉碎前后脱气)的含量，ml/g。
图1瓦斯解吸速度测定仪与密封罐示意图
1——量管2——吸气球3——温度计4——水槽5——螺旋夹6——弹簧夹
测定平行样3组(每组5份)，取算数平均值，计算结果取一位小数。
试验
一实验目的
掌握煤样脱气操作过程和气体分析计算
二主要仪器设备和材料
a脱气仪器：大量管两支(体积900毫升)，最小刻度4毫升；小量管1支(体积300毫升)，最小刻度2毫升；b球磨机(附球磨)；c气相色谱仪；d托盘天平(秤量1000克，感量1克)；e超级恒温浴(最高工作温度95度)；f 16号胸骨穿刺针头等。整套真空脱气仪器如下图所示。
把每组(5份)捣碎后的粉为止；
把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内，敲打使之密实，插入具有刻度的活塞尺与筒内粉末面接触，在计量筒口相平出读取数L。
五坚固性系数的计算
坚固性系数按下式计算：
式中 －坚固性系数；
－每份试样冲击次数，次；
－每组试样筛下煤粉的计量高度，mm。
⑷计算
①瓦斯放散初速度△P=P2－P1；
②同一煤样的两个试样测出的△P值之差不应大于1，否则需要重新测定。
试验
一实验目的
掌握煤的坚固性系数(f)的测定方法
二仪器及用具
捣碎筒、计量筒，分样筛(孔径20mm，30mm和0.5mm各一个)，天平(最大称量1000g，感量0.5g)，小锤，漏斗、容器。
三采样及制样
⑵制样将所采煤样进行粉碎，筛分出粒度为0.2～0.5mm的煤样。每一个煤样取2个试样，每个试样重3.5g。
⑶测定
①把2个试样用漏斗分别装入△P测定仪的2个试样瓶中；
②启动真空泵对试样脱气1.5h；
③脱气1.5h后关闭真空泵，将甲烷瓶与试样瓶连接，充气（充气压力0.1MPa）使煤样吸附瓦斯1.5h；
④关闭试样瓶和甲烷瓶阀门，使试样瓶和甲烷瓶隔离；
(1)在新暴露的采掘工作面煤壁上，用煤电钻垂直煤壁打一个Ø42mm、孔深8m以上的钻孔，当钻孔钻至8m时开始取样，并记录采样开始时间t1；
(2)将采集的新鲜煤样装罐并记录煤样装罐后开始解吸测定的时间t2，用FHJ-2型瓦斯解吸速度测定仪（下图）测定不同时间t下的煤样累积瓦斯解吸总量Vi，瓦斯解吸速度测定一般为2个小时。解吸测定停止后拧紧煤样罐以保证不漏气然后再测定煤样残存瓦斯量。
(4)将解吸测定后的煤样连同煤样罐送实验室测定其残存瓦斯量、水分、灰分等(见煤样脱气及气体分析)；
(5)根据换算成标准状态下的煤样损失瓦斯量、解吸瓦斯量、残存瓦斯量和煤中可燃质重量，可求出煤样的瓦斯含量：
X=(V0+V1+V2)/G0
式中Vo--煤样瓦斯解吸量，ml；
V1--煤样损失瓦斯量，ml；
V2--煤样残存瓦斯量，ml；
(3)损失量计算
将不同解吸时间下测得资料按下式换算成标准状态下的体积Voi:
式中V0—算成标准状态下的解吸瓦斯体积，ml；
Vi—不同时间解吸瓦斯测定值,ml；
Po—大气压力,Pa；
hw—量管内水柱高度,mm；
Ps—hw下饱和水蒸汽压力,Pa；
tw—量管内水温，℃。
煤样解吸测定前的暴露时间为t0,t0=t2-t1;不同时间t下测定的Voi值所对应的煤样实际解吸时间为t0+t;将全部测点[(t0+t)0.5,Voi]绘在坐标纸上，将测点的直线关系段延长与纵坐标轴相交，直线在纵坐标轴上的截距即为瓦斯损失量，如图2所示。
·
试验
煤层原始瓦斯含量是指单位质量原始煤体所含有的瓦斯量（换算成标准状态下的体积），常用m3/t或ml/g作为计量单位。生产矿井煤层原始瓦斯含量普遍采用直接法（井下解吸法）或间接法测定。
一实验目的
掌握煤层瓦斯含量的测定及计算方法
二解吸法测定
解吸法测定煤层瓦斯含量的原理是：根据煤样瓦斯解吸量、解吸规律推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前的损失瓦斯量，再利用解吸测定后煤样中残存瓦斯量计算煤层瓦斯含量。其测定步骤如下：
……………………(1)
式中Qci----第i次充入煤样罐的瓦斯标准体积，cm3；