瓦斯基础参数测定试验指导书

矿井瓦斯防治及矿井通风瓦斯方面实验

瓦斯基础参数测定实验

一、实验目的

1.掌握胶囊—粘液封孔法直接测定煤层瓦斯压力的原理、方法，了解井下的瓦斯压力测定程序；

2.掌握直接法测定煤层瓦斯含量（DGC）的原理、方法，了解井下瓦斯含量测试程序；

3.掌握瓦斯吸附常数的测定原理、方法，掌握高压容量法测定吸附常数步骤；

二、实验原理

1.通过钻孔揭露煤层，安设瓦斯压力测定装置及仪表，封孔后，利用煤层瓦斯的自然渗透作用，使钻孔揭露煤层处或测压室的瓦斯压力与未受钻孔扰动煤层的瓦斯压力达到相对平衡，并通过测定钻孔揭露煤层处或测压室的瓦斯压力来表征被测煤层的瓦斯压力。按照封孔方式分为主动式和被动式，主动式封孔的基本原理是“固封液，液封气”，即在封闭段两端的固体物质间注入压力密封液，在高于预计瓦斯压力的密封粘液的作用下，密封液渗入孔壁与固体物的裂缝和孔隙周围的裂隙中以阻止煤层瓦斯泄漏（胶囊—粘液封孔）；被动式封孔的基本原理是用固体物充填测压管与钻孔壁之间的空隙（如黄泥、水泥砂浆、聚氨酯等）。

2. 该测定装置将煤层瓦斯含量分为：瓦斯损失量W1、常压瓦斯解吸量W2、粉碎瓦斯解吸量W3和常压残存量W c。通过向煤层施工取芯钻孔，用井下取芯系统将煤芯从煤层深部取出，及时封入煤样筒中；井下进行煤样瓦斯解吸速度测定以及损失时间的记录，利用公式at i进行瓦斯损失量W1的计算；把装有煤样的煤样筒带到实验室进行常压解吸，测量从煤样筒中释放出的瓦斯量W21, 与井下测量的瓦斯解吸量W22计算煤芯瓦斯解吸量W2；称量煤样总重后称取二次煤样进行常压粉碎解吸，并以此计算粉碎瓦斯解吸量W3；则可解吸瓦斯含量W m为：W m＝W1＋W2＋W3。采用朗格缪尔公式计算常压残存量W c，则可得出煤层瓦斯含量W= W m+W c。

3. 煤中大量的微孔内表面具有表面能，当气体与内表面接触时，分子的作用力使甲烷或其他多种气体分子在表面上发生浓集，称为吸附。气体分子浓集的数量渐趋增多，为吸附过程；气体分子复返回自由状态的气相中，表面上气体分子数量渐趋减少，

为脱附过程。表面上气体分子维持一定数量，吸附速率和脱附速率相等时，为吸附平衡。煤对甲烷的吸附属于物理吸附，通过实验获得七点对应瓦斯压力下的吸附量，通过数据拟合获得吸附常数a、b值。

三、实验仪器及方法

实验用到的仪器设备包括：MWYZ-HⅢ型瓦斯压力测定仪、DGC型瓦斯含量测定装置及HCA型高压容量法吸附参数测定装置。

1.瓦斯压力测定仪器及使用方法

实验仪器采用华北科技学院独立研发的MWYZ-HⅢ型主动式煤层瓦斯压力测定仪及相关安装工具、补气气瓶等。仪器结构图如附图所示。

仪器使用方法及测试步骤如下：

（1）在井下正式测试之前，需在地面模拟钻孔中做耐压试验，试验压力应高于井下预计瓦斯压力0.5～1.0 MPa（注意：该仪器的额定测压值为6 MPa）。在地面试验中应认真观察整个观测系统是否可靠，发现情况异常或泄漏应及时查明原因，并进行排除，以确保整个测试系统在井下安全可靠。

（2）选择合适的测压地点，测压地点应无复杂地质构造。直接在煤层中进行瓦斯压力测定时，应选择新鲜暴露煤层；通过岩层测定煤层瓦斯压力时，应垂直于煤层打钻，当钻孔接近煤层后，停止钻进，待测压人员到达现场后，恢复钻进。注意：钻孔直径宜为70~75mm，否则，直径过大会造成胶囊过度膨胀，易使胶囊破裂。

（3）胶囊用的乳化液必须经过过滤，且杂质粒度应小于1mm，以防由于管路堵塞，造成胶囊压力低于压力表显示的压力。乳化液为皂化液+水，其体积比为1:19（即1份皂化液+19份水）。

（4）在打钻期间，完成压力粘液的配制，并放入粘液罐中。压力粘液为膨润土+乳化液（或水），其体积比为1:7（即1份膨润土+7份乳化液或水）。若密封粘液使用三相泡沫，可先将泡沫粉先放入胶囊之间的护管里，然后使用手压泵打水或乳化液。注：压力粘液的输送可以选择氮气瓶气压驱动，也可选择手压泵用乳化液驱动。

（5）钻孔完工后，要清除孔底的钻屑，以提高密封效果。清除完钻屑后，要尽快将封孔器送入钻孔中，这样可大大缩短测压时间。

（6）将封孔器放入钻孔内的预定位置后，为避免危险，先暂时打开瓦斯补气口处的开关，排放瓦斯，然后利用手动式乳化液泵将乳化液压力加至1.5 Mpa，检查胶囊是

否膨胀并封住钻孔。检查时可用力拉护管，观察是否松动。如松动，说明胶囊未膨胀，应先放出乳化液卸压，然后检查管路是否发生阻塞，并及时排除，确保胶囊及管路通畅之后方可使用。

（7）在整个操作和测压期间，工作人员不得面对封孔器，以防封孔器突然冲出伤人。

（8）封孔器安装完毕后，应把“管道冲出危险切勿正对钻孔”警示牌挂在钻孔处的护管上，并通过护管将封孔器固定在专用的立柱上，以防测压时封孔器突然抛出。这一点很重要，因为胶囊反复使用后可能产生泄漏，使乳化液压力突然下降，如果没有固定封孔器的立柱，封孔器可能在瓦斯压力作用下突然抛出，造成事故。

（9）胶囊膨胀封住钻孔后，打开氮气瓶总开关和粘液罐高压截止阀开关。为了快速将粘液密封腔充满粘液，先将氮气瓶减压表的压力调到0.8～1.0 MPa，当粘液密封腔充满粘液后，再将氮气瓶减压表的压力暂时调到0.2～0.3 MPa，封堵胶囊周边钻孔裂隙。

（10）关闭瓦斯补气口处的开关，观察瓦斯压力表上的变化。为加速瓦斯压力的上升，缩短测压时间，在完成钻孔密封后可通过瓦斯补气口向瓦斯室内充入补偿高压氮气。注：补气一般选择氮气瓶补气。

（11）测压期间要定时观察和记录瓦斯压力、乳化液压力和粘液压力。如乳化液压力或粘液压力下降，应及时补压，保证乳化液压力高于瓦斯压力1.5 MPa，粘液压力高于瓦斯压力0.2～0.3 MPa。

（12）如果瓦斯压力连续24小时没有变化，则可认为这个稳定的压力就是煤层瓦斯压力。

（13）测压完毕后，回收测压仪。注意：测压仪回收时，要严格按照操作程序，按顺序进行，先释放瓦斯，再释放粘液压力，最后释放胶囊乳化液压力，否则会出现危险。

（14）测压仪器使用完后应及时清理，并擦干各部件，以防生锈。注意：通粘液的通道要通过手动式乳化液泵打压清洗，避免粘液堵塞管路。

2. 瓦斯含量测定装置及使用方法

实验仪器采用DGC型瓦斯含量直接测定装置，该仪器是一套实验室结合井下使用的成套测定设备。由井下测定装置和地面测定装置组成，分为井下取芯与井下解吸系