CN101135621A - 煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其步骤如下：井下煤芯取样；井下测定和计算煤芯瓦斯损失量；地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量；计算煤芯可解吸瓦斯含量。本发明具有以下优点：即可测定煤层可解吸瓦斯含量，具有测定工程量相对较小，测定成本较低，测定周期短，测定时间少于8小时，测定可靠性和准确率较高，可进行大量测点的测量，利用该方法测定的煤层可解吸瓦斯含量可更好地用于煤层突出危险性工作面及区域预测、预抽瓦斯效果评价以及矿井煤层瓦斯涌出量预测等。

Description

煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法

技术领域

本发明涉及煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法。

背景技术

煤层瓦斯是造成煤与瓦斯突出、瓦斯异常涌出以及瓦斯***等重大瓦斯灾害的主导因素，准确撑握煤层瓦斯的赋存分布规律是防治瓦斯突出和治理瓦斯的前提，故煤层瓦斯含量的快速准确测定至关重要。

通常，煤层原始瓦斯含量的测定方法主要有两种，即间接法和直接法。国内外最常用的煤层瓦斯含量间接测定法是根据现场实测煤层原始瓦斯压力，实验室测定煤的吸附常数及进行工业分析等，用通用公式计算出煤层瓦斯含量。间接法测定煤层瓦斯含量也是目前普遍采用的方法，但间接法测定需在煤矿井下实测煤层原始瓦斯压力，煤层原始瓦斯压力测定工艺较复杂，测点的选择布置、封孔工艺、各漏气环节的处理等都有严格的技术要求，无论那个环节处理不慎均可导致测压结果失效或不可靠，例如测定煤层原始瓦斯压力测点选择应避开地质构造带、采掘巷道影响带等，针对具体煤层而言不可能布置大量或较多测点进行测量，不能大面积整体准确掌握煤层瓦斯赋存情况；其次，间接法测定时需要一定的巷道、钻孔和封孔工程，需要特殊的封孔材料及专用封孔装备等，测定工程量较大，同时还需进行大量的实验室工作测定煤的吸附常数及进行工业分析等，测定成本较高；再次，间接法测定周期较长，一般为20～45天左右，对生产可能造成一定的影响，不利于现场应用。另外，间接法现场测定工艺复杂、并且还有大量的实验室工作，多数煤矿不具备该方面的技术人员和设备，只能由专业的科研院所进行测定，故掌握矿井瓦斯赋存规律测点布置不可能很多，远远不能够适应当前开采深度加大，瓦斯涌出量异常的局面。

近年来一些国家一直在研究探索其它的煤层瓦斯含量测定方法，如中国的煤炭科学研究总院重庆分院等多家科研单位分别研究了多种补偿模式及其适用条件，主要采用地质勘探期间地面钻孔取煤芯或在井下直接取煤粉测定煤层瓦斯含量，但因其补偿时间和补偿模型存在问题导致其测定值偏小，没有在煤矿生产过程中得到普遍应用。

通常，瓦斯含量包括常压可解吸瓦斯含量和常压不可解吸瓦斯含量(即常压吸附残存量)，前人的研究无论是间接法或直接法测定的煤层瓦斯含量均是以上两部分含量之和。通常，煤矿企业测定煤层瓦斯含量主要用于突出危险性评价和矿井瓦斯涌出量预测等，而煤层常压可解吸瓦斯含量才真正反应煤层的突出危险性、煤层可解吸瓦斯含量才真正决定矿井煤层瓦斯涌出量的大小，常压不可解吸瓦斯含量对瓦斯突出或瓦斯涌出基本没有影响，由于煤质不同常压不可解吸瓦斯含量有很大差异，有时采用常压不可解吸瓦斯含量预测反而会起到相反的作用，导致预测瓦斯涌出量的较大误差或预测突出危险的误判，故测定煤层可解吸瓦斯含量对预测突出危险性及预测瓦斯涌出量更有意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，该方法能直接快速地测定和计算出煤层可解吸瓦斯含量，为矿井瓦斯治理提供准确的依据，可用于煤层突出危险性工作面及区域预测、预抽瓦斯效果评价以及矿井煤层瓦斯涌出量预测等。

本发明所指的“煤层可解吸瓦斯含量”是指单位质量的煤在20℃和一个大气压下直接测定和计算出的煤层自然解吸瓦斯含量，不包括常压不可解吸瓦斯含量(即不包括“常压吸附残存量”)，单位为m³/t，其表达基准为原煤基。

可解吸瓦斯含量(Q_m)的值等于“瓦斯损失量”(Q₁)、“煤芯瓦斯解吸量”(Q₂)、“粉碎瓦斯解吸量”(Q₃)三者之和。

“瓦斯损失量”(Q₁)是指单位质量的煤芯从原始位置开始脱离煤体到被装入煤样筒之前这段时间内，在钻孔和巷道中所解吸出的瓦斯量。通过钻孔将煤芯从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封，然后，在井下测量煤样筒中煤芯的瓦斯解吸速度及瓦斯解吸量，并以此来计算煤芯装入煤样筒密封之前的瓦斯损失量。

“煤芯瓦斯解吸量”(Q₂)是指煤芯从装入煤样筒开始到被粉碎之前，所解吸出的瓦斯量。将煤样筒带到地面实验室，然后，测量从煤样筒中的煤芯释放出瓦斯量，与井下测得的瓦斯解吸量一起计算出煤芯瓦斯解吸量。

“粉碎瓦斯解吸量”(Q₃)是指在一个大气压力下，煤芯在粉碎过程中和粉碎后一段时间内所解吸出的瓦斯量。将煤样筒中的部分煤芯装入密封的粉碎装置中加以粉碎，测量在粉碎过程中及粉碎后一段时间(约15min)内所解吸出瓦斯量(粉碎时间由煤芯硬度而定)，并以此为基准计算出全煤芯在粉碎后的瓦斯解吸量。

本发明所述的煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其步骤如下：(1)井下煤芯取样；

要求取出煤样具有一定的完整性、保质性一即取出煤样保持原始煤层性质，在保证一定取样成功率的前提下尽可能短的时间内取出预定深度处的煤样。

a、钻孔布置，

根据测定可解吸瓦斯含量实际情况，在井下工作面选择巷帮钻孔取样、或者迎头走向钻孔取样、或者在底板巷道区穿层钻孔取样；

b、钻孔，

按照设计好的钻孔倾角(一般设计为仰角)、方位、深度和孔径，用钻机施工钻孔，钻完后尽量排尽孔内残粉后快速退出钻具；

c、取煤芯，

用钻杆带上取芯管快速送到孔底，在送取芯管的同时打开压风到最大，以防送取芯管过程中装进残粉；

取芯管送到孔底后，调整钻进参数，进行取样钻进，同时记录起钻时间；钻进过程根据煤层条件可选用水力排渣工艺、或风水联动排渣工艺，钻进至取芯管装满为止，记录钻进结束时间；快速退出取芯管，将所取煤样进行适当分选，装进煤样筒，记录煤样筒密封时间，取样工作结束。

(2)井下测定和计算煤芯瓦斯损失量；

a、测量井下测试地点的大气压力和温度，用空盒气压计和温度计测试并记录井下测试地点大气压力P₁和温度T₁；

b、测量逸出瓦斯量，连接煤样筒与瓦斯解吸量测量装置，在打开煤样筒气阀的同时记录读数和时间，读完第一个数后立刻启动秒表，每分钟记录一次逸出解吸瓦斯气体体积，等足够长时间测量逸出瓦斯量，一般为45～60min或解吸瓦斯量很小时结束，关掉煤样筒的气阀；

c、计算瓦斯损失量Q₁，

煤样在初始一段暴露时间内，累计解吸瓦斯量与煤样瓦斯解吸时间存在如下关系模型：

V＝k(t₀+t)^α         (I)

式中V——煤样自暴露开始时至t₀+t时总的瓦斯解吸量，mL

t₀——煤样解吸测定前的暴露时间，min；

$t_0=\frac{1}{2}{t}_1+t_2$

t₁——取芯开始到取样结束退钻的时间，min

t₂——退钻开始至开始解吸测定的时间，min

t——解吸测定时间，min

k——比例常数

α——解吸特征参数，根据取芯煤样的完整性取值，为0.25<α<0.5之间，完整性好取值大

显然，瓦斯解吸损失量V₁为：

V₁＝kt₀ ^α         (II)

则试验测定的瓦斯解吸量V₂为：

V₂＝V-V₁＝k(t₀+t)^α-V₁         (III)

关于上述关系模型参数取值的说明：认为煤样自煤体切割下来即开始了解吸过程，故煤样解吸测定前的暴露时间t₀的计算时取芯开始到取样结束退钻的时间t₁计算为一半(因钻进未切割下来的未解吸)、而退钻开始至开始解吸测定的时间t₂应全部计为解吸时间，这与通常的地勘期间测定方法计时规则不同，地勘期间测定方法认为取芯开始到取样结束不计时、退钻开始至开始解吸测定的时间t₂计算为一半；解吸特征参数α的取值根据取芯煤样的完整性而定，0.25<α<0.5，完整性好取值大，这也与通常的地勘期间测定方法取值规则不同，地勘期间测定方法α取值固定为0.5。

根据上述关系模型和实测数据拟合即可求出瓦斯解吸损失量V₁，V₁经温度、压力校正到标准状态后即可求出Q₁。

$V_{10}=\frac{293.1P_1{V}_1}{P_0(273.1+T_1)}$

$Q_1=\frac{V_{10}}{G}$

式中V₁₀——换算为标准状态下瓦斯解吸损失体积，mL

P₁——井下测试地点大气压力，kPa

P₀——标准大气压力，kPa

T₁——井下测定地点温度，℃

Q₁——瓦斯损失量，mL/g或m³/t

G——采集分析煤样重量

(3)地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；

a、记录实验室环境温度T₂、大气压力P₂，

b、测量瓦斯解吸量，调试好实验室的瓦斯解吸量测量装置，并与煤样筒连接，缓慢打开煤样筒气阀，隔一定2～10min间隔读取一次瓦斯的解吸量；时间间隔的长短取决于解吸速度。并注意观察解吸累计量的变化规律，发现异常及时处理。当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85％时，打开转换开关用第二根测量管测量。测定时间一般不少于1h，或瓦斯解吸速度很小时为止。

C、测量结束后称重，记录释放出的瓦斯量V₂₂，小心取出煤样，并除去明显的外来矸石等杂质后称重G；

d、计算煤芯瓦斯解吸量Q₂，煤芯瓦斯解吸量Q₂由两部分组成，即井下测定的解吸量V₂₁和实验室测定解吸量V₂₂，其计算方法按(VI)、(VII)式进行：

$V_{20}=\frac{293.1P_1{V}_{21}}{P_0(273.1+T_1)}+\frac{293.1P_2{V}_{22}}{P_0(273.1+T_2)}$

$Q_2=\frac{V_{20}}{G}$

式中V₂₀——换算为标准状态下实测解吸瓦斯体积，mL

V₂₁——井下测定的解吸瓦斯体积，mL

V₂₂——实验室测定解吸瓦斯体积，mL

P₂——实验室大气压力，kPa

T₂——实验室环境温度，℃

Q₂——煤芯瓦斯解吸量，mL/g或m³/t

G——除去明显的外来矸石等杂质后的煤样质量G，g(4)测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量Q₃；

a、取煤样，从煤芯中取两份质量相近的二次煤样，二次煤样的质量一般是15克到300克，选择整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性；

b、煤样称重击碎，称取每份二次煤样的质量G₂₁、G₂₂，然后用铁锤砸为较小颗粒(最大粒度不超过10mm)，将二次煤样放入粉碎桶内，盖好粉碎桶盖并密封严实；

c、连接粉碎瓦斯解吸量测量装置，

检查气路部分的气密性，保证气路***和粉碎桶、盖之间不漏气；

d、粉碎煤样，开机前应先开循环水泵，保证循环冷却水先运行。由变频器逐步调高粉碎速度，观测解吸瓦斯量体积V₃₁或V₃₂，当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85％时，打开转换开关用第二根测量管测量。煤粒在粉碎机粉碎15min以上，或粉碎至基本无可解吸瓦斯析出为止，同时保证95％粉碎后的煤样通过212微米网目的分样筛。

e、计算煤芯粉碎瓦斯解吸量，

$V_{310}=\frac{293.1P_2{V}_{31}}{P_0(273.1+T_2)}$

$Q_{31}=\frac{V_{310}}{G_{21}}$

式中V₃₁₀——换算为标准状态下第一份煤样的实测解吸瓦斯体积，mL

V₃₁——粉碎过程中第一份煤样测定的解吸瓦斯体积，mL

Q₃₁——煤芯瓦斯解吸量，mL/g或m³/t

G₂₁——所选去的第一份煤样的煤样质量，gQ₃₂计算同Q₃₁。

每一次测定粉碎瓦斯解吸量时，把解吸出的瓦斯体积换算为20℃一个标准大气压下的瓦斯体积，换算方法同上，求出对应质量的粉碎瓦斯解吸量Q₃₁和Q₃₂。用它们的平均值作为粉碎瓦斯解吸量Q₃的测值。如果两份二次煤样测试结果有误差大于10％，应该再取第三份二次煤样(也可直接取三份质量相近煤样测定，取测定结果相近的作为测定结果进行计算)。

$Q_3=\frac{Q_{31}+Q_{32}}{2}$

(5)计算煤芯可解吸瓦斯含量；

实测的可解吸瓦斯含量为：Qm＝Q₁+Q₂+Q₃。

根据上述关系模型，已编制了专用计算软件。打开可解吸瓦斯含量计算小软件，只需在蓝色框中输入相关参数，就自动解算或换算出瓦斯损失量Q₁、煤芯瓦斯解吸量Q₂、粉碎瓦斯解吸量Q₃，从而算出可解吸瓦斯含量值。

本发明和现有技术相比具有以下优点：即可测定煤层可解吸瓦斯含量，具有测定工程量相对较小，测定成本较低，测定周期短，测定时间少于8小时，测定可靠性和准确率较高，可进行大量测点的测量，利用该方法测定的煤层可解吸瓦斯含量可更好地用于煤层突出危险性工作面及区域预测、预抽瓦斯效果评价以及矿井煤层瓦斯涌出量预测等。

附图说明

图1是井下和地面瓦斯解吸量测量装置的原理示意图。

图2是粉碎瓦斯解吸量测量装置的示意图。

具体实施方式

实施例一：现以淮南矿业(集团)有限责任公司某矿为例，说明测量过程，其步骤如下：

(1)井下煤芯取样

钻孔布置：在该矿某底板巷施工穿层钻孔；

钻孔施工：钻孔垂直煤层走向施工，倾角66°，孔径φ75mm，55m见到煤层底板后停钻，退出钻杆，开始退钻时刻为某年某月24日17点14分；

取煤芯：在带压风状态下送φ73mm单层取芯管到煤层底板，开始钻进，记录开始钻进时刻为某年某月24日18点06分，钻进到煤样装满煤样筒为止，结束时刻为同日18点18分，打钻时间t₁为12min，退出取芯管，将煤芯放入煤样筒，关闭煤样筒的气阀；

(2)井下测定和计算煤芯瓦斯损失量Q₁

测量井下测试地点的压力和温度，用空盒气压计和温度计测得井下测试地点温度为T₁＝27℃，大气压力为P₁＝98kPa；

使用的装置参见图1，测定开始之前，打开箱盖7，首先，在第一水槽9中装满水，温度计8测定水体温度，打开第一弹簧夹4，用第一手泵6抽水，使第一量管5中装满水至0刻度，关闭第一弹簧夹。连结好煤样筒1与第一量管5之间的第一排气胶管3，打开煤样筒1的气阀2，解吸出来的瓦斯气体通过管路3将第一量管中的水排出，测定至第一量管5中液面停止下降为止。

测量逸出瓦斯量，通过第一排气胶管3连接煤样筒1与第一量管5的底端，在打开煤样筒的气阀2的同时记录读数和时间，开始测定时刻为同日19点16分，退钻开始至开始解吸测定的时间t₂为58min。初始刻度为50mL，读完第一个数后立刻启动秒表，每分钟记录一次逸出解吸瓦斯气体体积，测定了58min解吸量为V₂₁＝756mL，关闭气阀带上地面；

经计算损失时间为t₀＝12/2+58＝64min，该煤样完整性好，瓦斯解吸特征参数α取0.5，将井下每分钟的瓦斯解吸量以及所对应的时刻输入，根据关系模型拟合计算出V₁＝3550.6mL，温度、压力在最后计算部分程序中自动较正。在地面实验室测定煤样总重量G＝1066g。

Q₁＝3550.6/1066＝3.33m³/t

(3)地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；

地面温度T₂＝27℃，大气压力为P₂＝100.97kPa。

通过第一排气胶管3连接煤样筒1与第一量管5的底端，在打开煤样筒的气阀2的同时记录读数和时间，间隔2min读取一次瓦斯的解吸量，解吸瓦斯70min后液面停止下降，地面解吸瓦斯量为V₂₂＝1305mL。

测量结束后称重，煤样总重量G＝1066g。

$V_{20}=\frac{293.1\&times;98\&times;756}{101\&times;(273.1+27)}+\frac{293.1\&times;100.97\&times;1305}{101\&times;(273.1+27)}=1990.6$

Q₂＝1990.6/1066＝1.86m³/t

(4)测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量

将煤样分为3份，重量分别为G₂，＝303g，G₂₂＝301g，G₂₃＝306g。第三份煤样备用。

将煤样用铁锤砸为较小颗粒，最大粒度不超过10mm，将二次煤样放入粉碎桶内，盖好粉碎桶盖并密封严实。

参见2，测定开始之前，首先向第二水槽21中装满水，打开第二弹簧夹18，用第二手泵20抽水，使第二量管19中装满水至0刻度，关闭第二弹簧夹。连接好粉碎罐10与第二量管19之间的第二排气胶管17。开动水泵13，通过进水管路16从粉碎罐的下部进入粉碎罐的夹层中，流经粉碎罐夹层后从出水管路14流入循环水池15。该粉碎装置边粉碎边解吸瓦斯，机架12连接电动机11与粉碎罐10，电动机11带动粉碎煤样，解吸的大量瓦斯通过第二排气胶管17将第二量管19中的水排出，测定至第二量管中液面停止下降为止。

通过第二排气胶管17连接粉碎罐10与第二量管19的底端，开动水泵13，通过进水管路16从粉碎罐10下部进入粉碎罐10的夹层中，流经粉碎罐夹层后从出水管路14流入循环水池15。该粉碎装置边粉碎边解吸瓦斯，电动机11带动粉碎煤样，解吸的大量瓦斯通过第二排气胶管17将第二量管中的水排出，观测第二量管液面数据，约15min液面停止下降测定结束。

粉碎后瓦斯解吸量分别为，V₃₁＝485mL，V₃₂＝501mL，两者之间误差在10％以内，符合试验要求，有效。按如下公式计算Q₃。

$V_{310}=\frac{293.1P_2{V}_{31}}{P_0\left(273.1{+T}_2\right)}=459$ $V_{320}=\frac{293.1P_2{V}_{31}}{P_0\left(273.1{+T}_2\right)}=474$

$Q_{31}=\frac{V_{310}}{G_{21}}=1.51$ $Q_{32}=\frac{V_{310}}{G_{21}}=1.56$

$Q_3=\frac{Q_{31}+Q_{32}}{2}=1.54m^3/t$

(5)计算煤芯可解吸瓦斯含量；

实测的可解吸瓦斯含量为：Qm＝Q₁+Q₂+Q₃＝6.73m³/t。

实施例二：现以淮南矿业(集团)有限责任公司×××矿为例，说明测量过程，其步骤如下：

(1)井下煤芯取样

钻孔布置：淮南×××矿煤巷掘进工作面施工顺层钻孔；

钻孔施工：钻孔沿煤层走向施工，倾角+2°，孔径φ108mm，钻进深度23m进入原始瓦斯压力区停钻，退出钻杆，开始退钻时刻为某年某月5日9点05分；

取煤芯：在带压风状态下送φ90mm双层取芯管到煤层底板，开始钻进，记录开始钻进时刻为某年某月5日9点46分，钻进到煤样装满煤样筒为止，结束时刻为20同日10点0分，打钻时间t₁为14min，退出取芯管，将煤芯放入煤样筒；

(2)井下测定和计算煤芯瓦斯损失量Q₁

测量井下测试地点的压力和温度，用空盒气压计和温度计测得井下测试地点温度为T₁＝27.5℃，大气压力为P₁＝97.8kPa；

参见图1，测定开始之前，打开箱盖7，首先，在第一水槽9中装满水，温度计8测定水体温度，打开第一弹簧夹4，用第一手泵6抽水，使第一量管5中装满水至0刻度，关闭第一弹簧夹。连结好煤样筒1与第一量管5之间的第一排气胶管3，打开煤样筒1的气阀2，解吸出来的瓦斯气体通过管路3将第一量管中的水排出，测定至第一量管5中液面停止下降为止。

测量逸出瓦斯量，通过第一排气胶管3连接煤样筒1与第一量管5的底端，在打开煤样筒的气阀2的同时记录读数和时间，开始测定时刻为同日10点52分，退钻开始至开始解吸测定的时间t₂为52min。初始刻度为80mL，读完第一个数后立刻启动秒表，每分钟记录一次逸出解吸瓦斯气体体积，测定了50min解吸量为V₂₁＝521mL，关闭气阀2带上地面；

经计算损失时间为t₀＝14/2+52＝59min，该煤样呈粉状，瓦斯解吸特征参数α取0.3，将井下每分钟的瓦斯解吸量以及所对应的时刻输入，根据关系模型拟合计算出V₁＝2890.5mL，温度、压力在最后计算部分程序中自动较正。在地面实验室测定煤样总重量G＝983g。

Q₁＝2890.5/983＝2.94m³/t

(3)地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；

地面实验室环境温度为T₂＝27℃，大气压力为P₂＝100.97kPa。

通过第一排气胶管3连接煤样筒1与第一量管5的底端，在打开煤样筒的气阀2的同时记录读数和时间，间隔2min读取一次瓦斯的解吸量，解吸瓦斯50min后液面停止下降，地面解吸瓦斯量为V₂₂＝1100mL。

测量结束后称重，煤样总重量G＝983g。

$V_{20}=\frac{293.1\&times;97.8\&times;521}{101\&times;(273.1+27.5)}+\frac{293.1\&times;100.97\&times;1100}{101\&times;(273.1+27)}=1565.9$

Q₂＝1565.9/983＝1.59m³/t

(4)测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量

将煤样分为3份，重量分别为G₂₁＝300g，G₂₂＝305g，G₂₃＝290g。第三份煤样备用。

将煤样用铁锤砸为较小颗粒，最大粒度不超过10mm，将二次煤样放入粉碎桶内，盖好粉碎桶盖并密封严实。

参见2，测定开始之前，首先向第二水槽21中装满水，打开第二弹簧夹18，用第二手泵20抽水，使第二量管19中装满水至0刻度，关闭第二弹簧夹。连接好粉碎罐10与第二量管19之间的第二排气胶管17。开动水泵13，通过进水管路16从粉碎罐的下部进入粉碎罐的夹层中，流经粉碎罐夹层后从出水管路14流入循环水池15。该粉碎装置边粉碎边解吸瓦斯，机架12连接电动机11与粉碎罐10，电动机11带动粉碎煤样，解吸的大量瓦斯通过第二排气胶管17将第二量管19中的水排出，测定至第二量管中液面停止下降为止。

通过第二排气胶管17连接粉碎罐10与第二量管19的底端，开动水泵13，通过进水管路16从粉碎罐下部进入粉碎罐的夹层中，流经粉碎罐夹层后从出水管路14流入循环水池15。该粉碎装置边粉碎边解吸瓦斯，电动机11带动粉碎煤样，解吸的大量瓦斯通过第二排气胶管17将第二量管19中的水排出，观测第二量管液面数据，约12min液面停止下降测定结束。

粉碎后瓦斯解吸量分别为，V₃₁＝301mL，V₃₂＝600mL，两者之间误差大于10％，说明其中一个煤样测定失败，再进行第三个样试验V₃₃＝325mL，和第一个样接近，两者之间误差在10％以内，说明本次试验有效。

$V_{310}=\frac{293.1P_2{V}_{31}}{P_0\left(273.1{+T}_2\right)}=284$ $V_{330}=\frac{293.1P_2{V}_{33}}{P_0\left(273.1{+T}_2\right)}=306.8$

$Q_{31}=\frac{V_{310}}{G_{21}}=0.95$ $Q_{33}=\frac{V_{330}}{G_{21}}=1.01$

$Q_3=\frac{Q_{31}+Q_{33}}{2}=0.98m^3/t$

(5)计算煤芯可解吸瓦斯含量；

实测的可解吸瓦斯含量为：Qm＝Q₁+Q₂+Q₃＝5.51m³/t。

Claims (4)

1.煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其步骤如下：

(1)井下煤芯取样；

a、钻孔布置，在井下工作面选择巷帮布置钻孔、或者迎头走向布置钻孔、或者在底板巷道区穿层布置钻孔；

b、钻孔，按照设计好的钻孔倾角、方位、深度和孔径，用钻机施工钻孔，钻完后尽量排尽孔内残粉，然后快速退出钻具；

c、取煤芯，用钻杆带上取芯管快速下到孔底，并在下取芯管的同时，打开压风到最大；取芯管下到孔底后，调整钻进参数，进行取样钻进，同时记录起钻时间；钻进过程可用水力排渣、或风水联动排渣，钻进至取芯管装满为止，记录钻进结束时间；快速退出取芯管，将所取煤样进行适当分选，装进煤样筒，记录煤样筒密封时间；

(2)井下测定和计算煤芯瓦斯损失量；

a、测量井下测试地点的压力和温度，用空盒气压计和温度计测试并记录井下测试地点大气压力P₁和温度T₁；

b、测量逸出瓦斯量，连接煤样筒与井下容积测量装置，在打开煤样筒的气阀的同时记录读数和时间，读完第一个数后立刻启动秒表，每分钟记录一次逸出解吸瓦斯气体体积，时间一般为45～60min、或解吸瓦斯量很小时结束，关掉煤样筒气阀；

c、计算瓦斯损失量Q₁，煤样在初始一段暴露时间内，累计解吸瓦斯量与煤样瓦斯解吸时间存在如下关系：

V＝k(t₀+t)^α    (I)

瓦斯解吸损失量V₁为：

V₁＝kt₀ ^α    (II)

则试验测定的瓦斯解吸量V₂为：

V₂＝V-V₁＝k(t₀+t)^α-V₁    (III)

根据上述关系模型和实测数据拟合即可求出瓦斯解吸损失量V₁，V₁经温度、压力校正到标准状态后即可求出Q₁。

$V_{10}=\frac{293.1P_1{V}_1}{P_0(273.1+T_1)}---\left(\mathrm{IV}\right)$

$Q_1=\frac{V_{10}}{G}---\left(V\right)$

(3)地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；

a、记录实验室环境温度T₂、大气压力P₂；

b、测量瓦斯解吸量，调试好实验室的容积测量装置，并与煤样筒连接，缓慢打开煤样筒气阀，隔2～10min间隔读取一次瓦斯的解吸量；当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85％时，打开转换开关用第二根测量管测量；测定时间一般不少于1h，或瓦斯解吸速度很小时为止；

c、测量结束后称重，记录释放出的瓦斯量V₂₂，取出煤样，并除去明显的外来矸石等杂质后称重G；

d、计算煤芯瓦斯解吸量Q₂，煤芯瓦斯解吸量Q₂由两部分组成，即井下测定的解吸量V₂₁和实验室测定解吸量V₂₂，其计算方法按(VI)、(VII)式进行：

$V_{20}=\frac{293.1P_1{V}_{21}}{P_0(273.1+T_1)}+\frac{293.1P_2{V}_{22}}{P_0(273.1+T_2)}---\left(\mathrm{VI}\right)$

$Q_2=\frac{V_{20}}{G}---\left(\mathrm{VII}\right)$

(4)测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量Q₃；

a、取煤样，从煤芯中取两份质量相近的二次煤样，二次煤样的质量一般是15克到300克，选择整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性；

b、煤样称重击碎，每份二次煤样的质量G₂₁、G₂₂，然后用铁锤砸为较小颗粒，最大粒度不超过10mm，将二次煤样放入粉碎桶内，盖好粉碎桶盖并密封严实；

c、连接容积测量装置，检查气路部分的气密性，保证气路***和粉碎桶、盖之间不漏气；

d、粉碎煤样，开机前应先开循环水泵，保证循环冷却水先运行；由变频器逐步调高粉碎速度，观测解吸瓦斯量体积V₃₁或V₃₂，当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85％时，打开转换开关用第二根测量管测量；煤粒在粉碎机粉碎15min以上，或粉碎至基本无可解吸瓦斯析出为止，同时保证95％粉碎后的煤样通过212微米网目的分样筛；

e、计算煤芯粉碎瓦斯解吸量，

$V_{310}=\frac{293.1P_2{V}_{31}}{P_0(273.1+T_2)}---\left(\mathrm{VIII}\right)$

$Q_{31}=\frac{V_{310}}{G_{21}}---\left(\mathrm{IX}\right)$

Q₃₂计算同Q₃₁。

每一次测定粉碎瓦斯解吸量时，把解吸出的瓦斯体积换算为20℃一个标准大气压下的瓦斯体积，换算方法同上，求出对应质量的粉碎瓦斯解吸量Q₃₁和Q₃₂；用它们的平均值作为粉碎瓦斯解吸量Q₃的测值。如果两份二次煤样测试结果有误差大于10％，应查明原因，再取第三份二次煤样进行测定，也可直接取三份质量相近煤样测定，取测定结果相近的作为测定结果进行计算；

$Q_3=\frac{Q_{31}+Q_{32}}{2}---\left(X\right)$

(5)计算煤芯可解吸瓦斯含量；

实测的可解吸瓦斯含量为：Q_m＝Q₁+Q₂+Q₃。

2.根据权利要求1所述的煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其特征在于：井下打钻通过取芯管采取完整或较完整煤芯测定煤层可解吸瓦斯含量；

3.根据权利要求1所述的煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其特征在于：煤样解吸测定前的暴露时间t₀为芯开始到取样结束退钻的时间t₁的一半与退钻开始至开始解吸测定的时间t₂时间之和；

4.根据权利要求1所述的煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其特征在于：解吸特征参数α的取值根据取芯煤样的完整性而定，取值范围0.25＜α＜0.5。

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