煤层瓦斯基本参数测定方案

煤层瓦斯基本参数测定方案煤层瓦斯基本参数测定方案二零一三年八月目录1 煤层瓦斯压力测定 (1)1.1 测压操作步骤 (2)1.2 瓦斯压力测定结果 (3)2 煤层瓦斯含量测定 (3)2.1 测定方法及过程 (4)2.2 煤层瓦斯含量测定结果 (5)3 煤层透气性系数测定 (7)3.1 测定原理 (7)3.2 测定方法 (9)3.3煤层透气性系数计算结果 (10)4 钻孔瓦斯流量衰减系数的测定 (10)4.1 测定原理 (11)4.2 测定方法 (12)5 煤的破坏类型测定 (13)6 煤的坚固性系数测定 (13)6.1 仪器设备 (13)6.2 煤样制取 (14)6.3 测定步骤 (14)6.4 数据计算 (14)7 瓦斯放散初速度测定 (15)7.1 仪器设备 (15)7.2 煤样制取 (15)7.3 测定步骤 (15)7.4 数据计算 (16)8 煤层瓦斯吸附常数测定 (16)8.1 煤样制取 (17)8.2 测定步骤 (17)8.3 试验结果输出 (19)9 煤层瓦斯钻屑指标测定 (20)9.1 钻屑量测定 (20)9.2 钻屑瓦斯解吸指标测定 (20)煤层瓦斯基本参数的测定主要包括煤层瓦斯压力、含量、透气性系数、钻孔瓦斯流量衰减系数、煤的破坏类型、坚固性系数、放散初速度、瓦斯吸附常数、煤层瓦斯钻屑指标、钻孔瓦斯涌出初速度和瓦斯抽采参数的测定。

煤层瓦斯基本参数的测定，可以为矿井瓦斯防治和瓦斯抽采提供基础参数支持，同时可以指导瓦斯管理，采取有效的瓦斯治理安全技术措施，合理使用煤矿瓦斯治理的资源，减少瓦斯管理及治理费用的浪费，确保煤矿的安全生产。

1 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定的钻孔布置在岩石巷道内，均为穿层钻孔，封孔方式和测压方法严格执行《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（AQ/T 1047-2007）的有关规定。

采用注浆封孔测压法，封孔材料为水泥浆加速凝剂、膨胀剂等，利用压风将密封罐内的水泥浆注入钻孔内，测压方式为被动测压法，即钻孔封孔完成后，等待被测煤层瓦斯的自然渗透达到瓦斯压力平衡后，测定煤层瓦斯压力。

首先在距被测煤层一定距离的岩巷内打孔，孔径一般取直径φ75mm以上，钻孔最好垂直煤层布置，成孔后在孔内安设测压管，然后对钻孔进行封孔（>10m）；封孔后，安设压力表开始测压。

前两个小时每30分钟记一次压力指示值，测压的前三天，需要每天记录一次压力表的指示值；以后每隔两天记录一次压力表的指示值。

当压力表的压力指示值连续四天没有变化时，其压力即为煤层原始瓦斯压力，压力测定结束，即可进行煤层透气性系数测定。

封孔方式采用水泥砂浆封孔，穿层钻孔的封孔方式示意图如图1所示：下向孔上向孔1煤层2钻孔3水泥砂浆4测压管5挡盘6注浆管7返浆管8压力表9三通10球阀11放水器12注浆泵13水泥砂浆池14挡板图1 测压钻孔注浆封孔示意图封孔长度取决于封孔段岩性及其裂隙发育程度。

岩石硬而无裂隙时可适当缩短，但不能小于5m；岩石松软或有裂隙时应增加。

成孔以后，将测压管和注浆管连同圆楔形木塞一起置于测压钻孔之中，并将木塞在孔口紧固。

水泥沙浆封孔一般采用压缩空气作为动力把充填物送入测压孔中，水泥与沙子的配比为1：2.5。

为避免水泥沙浆凝固后出现收缩现象，也可在普通水泥中按重量加入少量的水泥膨胀剂。

封孔长度应在10m以上；经24小时凝固，安设截止阀和压力表开始测压。

钻孔施工采用ZY750型液压钻机。

钻孔要穿过煤层，并进入煤层顶板或底板，穿入顶（底）板深度0.5m，具体操作时以钻孔不再排煤粉，开始排岩粉为准。

1.1 测压操作步骤①当钻孔即将见煤，穿透煤层以及清洗钻孔，排除孔中积水和岩屑，都要详细记录参数（开孔及终孔时间、方位角、倾角、孔深、煤厚）。

②测压人员要及时组装测压管，尽快封闭测压孔。

测压管的安装长度视钻孔深度而定，一般应尽可能靠近煤层。

③测压人员将测压管下至预定位置时，为了保证测压管不漏气，在管连接口处，缠上适量的生胶带。

④在孔口上打上防滑楔，以保安全。

⑤注浆人员将搅拌均匀的水泥沙浆倒入喷浆罐内，数量可占其容积的三分之二，将罐盖压紧，然后把注浆管插入钻孔中，采用压气封孔时，借助喷浆罐将水泥沙浆由孔口向孔底逐渐充填，直至注满为止。

⑥待凝固24小时后，安装压力表。

安装时要仔细检查压力表密封垫圈是否合格，为可靠起见，最好也缠绕适量的生胶带。

⑦安装压力表后，及时观察前二个小时压力值变化，每30分钟记录一次。

⑧在整个测压过程中，前三天，每天记录2至3次压力值，以后每天要观察记录一次压力值的数据，若发现有异常情况要及时分析处理。

⑨如瓦斯压力连续三天无变化，则可认为这个稳定压力就是煤层瓦斯压力。

1.2 瓦斯压力测定结果测压钻孔密封装表后，定时观察和记录瓦斯压力，并仔细检查漏气情况，观测时间不少于20～30d，如瓦斯压力在3d内变化小于0.015MPa，则可认为这个稳定的压力就是煤层瓦斯压力。

煤层瓦斯压力测定结果记录表如表1所示：表1 煤层瓦斯压力测定记录表2 煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量是单位体积或重量的煤体中所含的瓦斯量（换算为标准状态），常用m3/t或m3/m3作为计量单位。

煤层瓦斯含量是煤层瓦斯的主要参数，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、煤层瓦斯赋存规律研究、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。

2.1 测定方法及过程采用DGC型瓦斯含量直接测定装置测定瓦斯含量，测压孔见煤后，停钻取样，开始测量瓦斯含量井下解析。

具体测定过程如下：①打钻遇煤前采样人员到达采样现场，准备好取芯钻头、取芯管HF-5型解析仪、煤样罐、秒表、扳手、夹子、大气压力表、铁桶或塑料桶一个（盛水）。

②钻孔遇煤后，采用直径为Φ73mm岩芯管采取煤芯。

③钻煤完后，煤芯提到孔口时，尽快地从煤芯管中取出煤芯，采取中间完整部分，装入罐中密封。

控制这段时间在2min之内。

煤芯中混合有夹矸及杂物时给予剔除。

注意煤样不得用水清洗，保存原状装罐，也不要去压实。

煤样距罐口留10mm的间隙最好，煤样约400g左右。

④将煤样罐与HFJ-5型解吸仪连接进行现场解吸（如图2所示），其步骤为：将仪器倒立，拧开灌水口塞子，用手指堵住出水口和进气口，将仪器内部量筒内装满水至螺纹以上，排出筒内气泡后拧紧塞子，将仪器正立，松开手指，然后将仪器放置于巷道底板平整处或悬挂起来，将针头插入煤样罐，再将胶管与进气口相连，即开始解析测量。

此时气体进入量管内后，水通过排水口排出。

在煤样罐与解吸连接时打开秒表记录时间，每分钟记录一次数据，直到30min 结束。

⑤当解吸过程中井下解吸仪需要换水时，不停止秒表，用夹子夹住胶管，拔下，将备用的清水灌入，方法同第4步，然后插上胶管松开夹子继续测定。

当换水完毕后开启阀门，到整数时间时读数，这样把关闭阀门期间累加解吸量平均到关闭阀门时间段上。

⑥现场解吸完成后，拔出针头，将取样罐拧紧，泡在水中检查是否有漏气现象，若有渗漏，再拧紧，然后再检查气密性，直至不漏气为止。

瓦斯含量测定取样和井下现场解析到此结束。

⑦在上述采样和解吸过程中要记录采样时间、采样地点、采样深度，记清钻孔遇煤时间，钻进时间，起钻时间，钻具提到孔口时间，煤样装罐时间，开始解吸测定时间，以及解吸测定时的气温，水温和取样点气压。

⑧将煤样罐送往煤矿化验室进行实验室瓦斯含量解吸，得出煤层瓦斯含量值。

图2 HFJ-5型解吸仪与煤样罐连接图2.2 煤层瓦斯含量测定结果煤层瓦斯含量包括井下瓦斯解吸量、地面常压瓦斯解吸量、常压粉碎瓦斯解吸量和常压吸附瓦斯量几个部分。

1、井下瓦斯解吸量井下钻孔取芯后选取粒径较大、保质性好的煤块快速装入煤样筒，读取初值后快速与井下解吸仪连接开始解吸，然后每分钟记录一次读数，直至30min 后解吸结束，关闭煤样筒阀门，读取井下瓦斯解吸量为W21，根据瓦斯解吸速度、损失时间t结合解吸模型可进行损失瓦斯含量W1的计算。

记录取芯时间、取芯位置、取芯人员、钻孔信息、煤样粒度大小描述（五类），如表2所示：表2 瓦斯含量测定井下解吸测定结果表井下解吸地面常压瓦斯解析在实验室内进行，读取初值，将解吸玻璃管与煤样筒连接，开启阀门开始解吸，当解吸到解吸量小于5ml/min 时解吸结束，得出地面常压解吸量为W 22，W 21与W 22之和为粉碎前自然瓦斯解吸量W 2。

3、常压粉碎解吸量将地面解吸仪解吸玻璃管（1000ml 组）充工作液并检测气密性，将二次煤样及时倒入粉碎机料钵压紧后与地面解吸仪连接，读取初值开启粉碎，粉碎至2min 左右或解吸量较少时结束粉碎，读取终值为粉碎瓦斯解吸含量W 3，常压吸附瓦斯量W c 可在瓦斯压力为0.1MPa 时采用朗格缪尔方程计算得到。

最后可得煤层瓦斯含量为井下瓦斯解吸量、地面常压瓦斯解吸量、粉碎瓦斯解吸量、常压吸附瓦斯量和损失瓦斯量之和，即：W=W 1+W 2+W 3+W C 。

表3 煤层瓦斯含量测定结果表3 煤层透气性系数测定煤层透气性表示煤层瓦斯流动的难易程度，是衡量煤层瓦斯预抽难易程度的重要指标。

3.1 测定原理我国井下直接测定煤层透气性系数方法是中国矿业大学法——径向不稳定流动理论。

径向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中径向流动理论为基础而得出的煤层透气性系数测定和计算方法，其基本假设为：① 在钻孔瓦斯流动范围内，煤层均质且各向同性；② 钻孔垂直煤层（至少偏斜角不超过30°）贯穿煤层，在瓦斯流动场内煤厚不变；③ 煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯；④ 打开钻孔之前，孔内瓦斯压力为原始瓦斯压力，打开后则始终保持大气压力；⑤ 瓦斯在煤层中的流动为等温过程，且温度等于煤层温度； ⑥ 瓦斯在煤层中的流动服从达西定律。

⑦ 据煤层瓦斯基础参数和钻孔瓦斯涌出规律，采用下述公式对煤层透气性进行试算和验算：A = qr 0/(P 02-P 12)，B = 4tP 01.5/(αr 02)F 0=10-2~1 λ= A 1.61B （1/1.64） F 0=1~10 λ= A 1.39B （1/2.56） F 0=10~102 λ= 1.1A 1.25B （1/4） F 0=102~103 λ= 1.83A 1.14B （1/7.3） F 0=103~105 λ= 2.1A 1.11B （1/9） F 0=105~107 λ= 3.14A 1.07B （1/14.4）式中：F 0—时间准数，F 0=B λ；λ—煤层的透气性系数，m 2/(MPa 2·d)； P 0—煤层中的原始瓦斯压力，MPa ；P 1—测量时钻孔中的瓦斯压力，一般为0.1MPa ；r 0—钻孔半径，m ；q —排放时间为t 时，钻孔单位面积煤壁上的瓦斯涌出量m 3/(m 2.d)， q = Q /(2πr 0L )；Q —排放时间为t 时， 钻孔的瓦斯流量，m 3/d ； L —钻孔见煤长度，一般取煤厚，m ； t —打开阀门后的时间，d ；α—煤层瓦斯含量系数，m 3/(m 3.MPa 0.5)，p W=α；W —煤层瓦斯含量，m 3/m 3；P —确定煤层瓦斯含量时的瓦斯压力，MPa 。