煤层透气性系数测定

煤层透气性系数测定方案
透气性系数测试
煤层透气性系数的测定在我国广泛采用中国矿业大学提出的方法。

这一方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的，采用该法时按下列步骤进行。

1、打钻孔测定煤层瓦斯压力
由石门或其他围岩巷道向煤层打测压钻孔，钻孔与煤层交角应尽量接近90°，钻孔要打穿煤层全厚，孔径不限。

记录钻孔的方位角、仰角和钻孔在煤层中的长度。

记录钻孔见煤和打完煤层的时间(年、月、日、时、分)，取这两个时间的平均值作为钻孔开始排放瓦斯时间的起点。

钻孔打完后，清洗钻孔，封孔测瓦斯压力（图1-1）。

上压力表之前测定钻孔瓦斯流量，并记录流量与测定流量的时间(年、月、日、时、分)。

当压力表读数上升至稳定的最高位时，即为煤层原始瓦斯压力值。

图1-1 煤层透气性测定示意图
1一钻孔；2一测压管；3一压力表；4一阀门；5一流量计；6－封孔段；7一煤层
2、卸压测定钻孔瓦斯流量
卸下压力表排放瓦斯，卸压ld以后进行测定钻孔瓦斯流量，在测定时要记录时间(年、月、日、时、分) ，即卸表大量排放瓦斯时
间与每次测定瓦斯流量的时间，两者的时间差即为时间准数中的值。

测量流量的仪表，当流量大时可用小型孔板流量计或浮子流量计，而流量小时可用0.5m 3/h 的湿式气体流量计(煤气表)。

封孔后上表前测得的流量也可用来计算透气性系数。

3、测定煤的瓦斯含量系数
煤层的瓦斯含量系数一般是在试验室通过吸附试验确定的。

4、透气性系数的汁算方法
钻孔瓦斯流动是径向不稳定流动，求出其流动方程的解析解是困难的。

中国矿业大学在实验室用相似模型试验的方法进行试验，并以相似准数表达了试验的结果。

径向不稳定流动的计算公式为：
0b Y aF =
式中： Y ——流量准数，无因次；
0F ——时间准数，无因此；
a,b ——无因次系数。

1
2201()qr Y p p λ=-
1.500214p F ar λ=t
式中：P 0——煤层原始绝对瓦斯压力(表压力加0.1)，MPa ；
P 1——钻孔中的瓦斯压力，一般为0.1Mpa ；
λ——煤层透气性系数，m 2/(MPa 2·d)；
1r ——钻孔半径，m ；
q ——在排放时间为t 时、钻孔煤壁单位面积的瓦斯流量，m 3/(m 2·d)；
12Q q r L π=
Q ——在时间为t 时测出的钻孔流量，m 3/d ；
L —一钻孔见煤长度，一般为煤层厚度，m ；
t ——从钻孔卸压到测定钻孔瓦斯流量的时间，d ；
a ——煤层瓦斯含量系数，1322
/(())m m MPa ⋅；
/a X =
X ——煤的瓦斯含量，m 3/t ；
P ——确定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，MPa 。

为了简化计算，导出如下计算透气性的公式：
A
Y λ=
0F B λ=
其中： 21201p p qr A -= ， 1.5021
4p B ar ⨯=t 由于流量准数与时间准数的关系难以用简单的公式表达，故按时间准数0F 分段表示，得出以下专门计算透气件系数的公式：
2 1.610.61
0 1.390.391
02 1.250.25
023 1.140.137
035 1.110.111
057010~1 =A B 1~10 =A B 10~10 =1.1A B 10~1 =1.83A B 10~1 =2.1A B 10~1F F F F F F λλλλλ-====== 1.070.07 =3.14A B λ
由于计算透气性系数公式式子较多，须采用试算法来确定选取的计算式。

即先选用其中任一个式子计算出λ值，然后将算出的λ值代人公式，校验0F 是否在选用公式的适用范围内。

如在试用范围，则选
式正确，算出的λ值即为煤层透气性系数；如不在适用范围，则需重新选公式计算λ值，更新校验0F 值是否在选用公式的适用范围内。

测定透气性系数时应注意如下事项：
（1）打测压钻孔时要注意有无喷孔，如有喷孔，应测定喷出煤量，然后折合计算孔径；
（2）测定钻孔瓦斯流量时，可在不同时间多测几个瓦斯流量值，以便分析距钻孔不同距离煤体透气性的变化规律；
（3）卸压后到测定流量时间长时，钻孔见煤长度可不取实测值(如钻孔与煤层面斜交)，而取等于煤厚；如时间短，则L值可取为钻孔见煤长度。