瓦斯含量和瓦斯压力测定

煤层瓦斯含量与瓦斯压力测定
王兆丰
河南省特聘教授、河南理工大学博导，研究员， 煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心常务 副主任，瓦斯防治技术与装备研究所所长。
国家安全生产专家，中国煤炭学会瓦斯地质专 业委员会副主任委员，河南省职业安全健康协会副 理事长。
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内容提要
一、瓦斯含量与瓦斯压力测定的重要性 二、煤层瓦斯压力测定方法 三、煤层瓦斯含量测定方法
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
Xl(cm3/g．r)
12
8
4
0
0
200
400
600
800
1000
h(1m2)00
存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
14 G
N 2 15
16
d
F 13
18 c
E
b 10
Ⅱ
11 Ⅰ
19
9
A
B
5 3
4
D
C
2
17 12
a 87
2.瓦斯治理的需要
❖ 煤矿通风设计 ❖ 矿井瓦斯涌出量预测 ❖ 瓦斯突出防治 ❖ 煤矿井下瓦斯抽采
一、瓦斯压力（含量）测定的重要性
3.瓦斯资源开发利用的需要
❖ 煤矿瓦斯抽采系统设计 ❖ 煤层气商业开发 ❖ 瓦斯（煤层气）利用设计
二、煤层瓦斯含量测定
瓦斯含量测定方法
直接法
地勘方法 井下方法
解吸法 密闭法 集气法
钻屑采集方法与器具 要求：钻屑采自原始煤体，孔深超过10m
二、煤层瓦斯含量测定
（2）钻屑解吸法
测定步骤：
（1）采样：孔口取样，粒度为1～3mm，煤样100～ 200g
（2）煤样瓦斯解吸量测定 （3）取样过程中的瓦斯解吸量推算 （4）煤样残存瓦斯量测定 （5）瓦斯含量计算
二、煤层瓦斯含量测定
（2）钻屑解吸法
❖ 残存瓦斯量实验室测定：经解吸测定的煤样，在密封状态下加热 (95℃)真空脱气，确定V3，再粉碎后脱气，确定V4，气体组份分析 煤样称重并进行工业分析
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
地勘瓦斯含量可靠性评价：
⑴煤样灰分含量不得超过40%； ⑵煤样现场瓦斯解吸测定后，必须密封装罐，脱气前不 漏气； ⑶煤样重量不得少于250g； ⑷瓦斯带测定煤样甲烷成分不低于80%； ⑸同一钻孔同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值， 且均满足条件⑴～⑷时，按最大值确定煤层瓦斯含量。
❖ 瓦斯解吸量测定：煤样装入密封罐后，先将穿刺针头插入罐盖上的 胶垫圈，再拧紧罐盖，并通过针头将密封罐与解吸仪连接，开始测 量煤样解吸瓦斯量随时间的变化。测量2h后，得出累计瓦斯解吸体 积V1，然后取出针头，将密封罐送至实验室，进行脱气和气体分析。
❖ 损失瓦斯量推算：煤样在最初暴露的一段时间内，累计解吸瓦斯量 与煤样解吸时间的平根成正比，即：VS=K to t
2007） USBM解吸法 Smith—Williams解吸法
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
钻孔 泥浆
煤层
v
P泥浆
P泥浆 PCH4
P空气 PCH4
v
PCH4
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
2
1
3
4
我国地勘瓦斯含量测定装备
二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解源自法欧美国家地勘瓦斯含量测定装备
6
CH4
1
泥浆介质取芯模拟试验装置结构示意图
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
❖ 解决了二大技术难题：
1. 提钻过程泥浆压降模拟； 2. 提钻过程漏失瓦斯量实时
精确测定。
❖ 测定装备申报了发明专利 ❖ 实验得到了“漏失瓦斯量
不能用简单的计算公式来 推算”的结论
研制的泥浆介质取芯模拟测试装置
提钻过程泥浆压降实际模拟曲线
钻屑解吸法
间接法
二、煤层瓦斯含量测定
煤层瓦斯含量：单位重量煤中所含有的换算
成标准状态下（20℃，0.1MPa）的瓦斯体积称之 为煤层瓦斯含量，单位m3/t和cm3/g。
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
国际上现在普遍采用地勘解吸法来测 定煤层瓦斯含量，建立了相关的测定标准：
煤层气含量测定方法（GB/T 19559- 2004） 地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（AQ1046-
一、瓦斯压力（含量）测定的重要性
1.相关规定的要求
❖ 《煤矿安全规程》 ❖ 《防治煤与瓦斯突出细则》 ❖ 《煤与瓦斯突出矿井鉴定规范》（AQ1024-2006） ❖ 《煤矿瓦斯抽采基本指标》（AQ1026-2006） ❖ 《煤矿瓦斯抽放规范》（AQ1027-2006 ）
一、瓦斯压力（含量）测定的重要性
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
Vs K t0 t
瓦斯损失量计算图
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
❖ 采样：用普通岩芯管采取煤芯(煤样)，当煤芯(煤样)提升至地表之 后选取300～400g立即装入密封罐中，在采样过程中，注意记录开 始提芯、煤芯提至地表和装罐前在空气中暴露的时间。
原理：与地勘解吸法类似
与地勘解吸法的区别：损失瓦斯量推算方法不同
取样损失量推算公式：
qt=qoe-kt
Q2
r0 k
[ek1t
1]
缺点：无法定点取样；要推算取样损失量、测定残
存瓦斯量，测定周期长。
二、煤层瓦斯含量测定
（2）钻屑解吸法
Ⅰ型定点取样器
Ⅱ型定点取样器
Ⅲ型定点取样器
二、煤层瓦斯含量测定
（3）间接法
煤层残存瓦斯压力：当煤层受采动影响涌出一
部分瓦斯后，煤层中残留瓦斯的压力大小称之 为煤层残存瓦斯压力，单位为MPa。
三、煤层瓦斯压力测定
瓦斯压力测定方法
测压地点 测压方式 封孔材料
地面测压 井下测压 主动式
煤层测压 穿层钻孔测压
被动式
黄泥封孔 注浆封孔 胶圈-粘液封孔
二、煤层瓦斯含量测定
（1）地勘解吸法
钻孔煤芯
地面瓦斯解吸测定
残余瓦斯压力测定
实验室煤样处理 模拟测试装置 模拟测试 漏失瓦斯量
不相等
残余压力比较
模拟结束
给定瓦斯压力 地勘钻孔提钻记录
相等或模拟 次数超过5次
残余瓦斯压力
模拟逼近推算提钻过程煤芯漏失瓦斯量的测试方法
二、煤层瓦斯含量测定
（2）钻屑解吸法
朗格缪尔方法：
❖ 瓦斯压力测定 ❖ 吸附常数测定 ❖ 工业分析和孔隙率 ❖ 公式计算
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缺点：需测参数多，周期长
三、煤层瓦斯压力测定
煤层原始瓦斯压力：当煤层未受采动影响而处
于原始赋存状态时，煤中平衡瓦斯压力称之为 煤层原始瓦斯压力，单位为MPa（兆帕）。