《瓦斯參數(shù)測定方法》PPT課件.ppt

5瓦斯參數(shù)測試方法 5 1有關煤層瓦斯的幾個概念5 2煤層瓦斯含量測定5 3煤層瓦斯壓力測定5 4瓦斯放散初速度測定5 5煤的堅固性系數(shù)f值測定5 6煤層透氣性系數(shù)測定 5瓦斯參數(shù)測試方法 煤層原始瓦斯壓力煤層殘存瓦斯壓力煤層原始瓦斯含量煤層殘存瓦斯含量煤的瓦斯容量瓦斯?jié)舛鹊V井相對 絕對瓦斯涌出量瓦斯放散初速度煤的堅固性系數(shù) 5 1有關煤層瓦斯的幾個概念 5瓦斯參數(shù)測試方法 煤層原始瓦斯含量當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時 單位重量煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下 0 0 1MPa 的瓦斯體積稱之為煤層原始瓦斯含量 它常用m3 t和cm3 g作計量單位 煤層殘存瓦斯含量當煤層受采動影響而涌出一部分瓦斯后 單位重量煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤層殘存瓦斯含量 5瓦斯參數(shù)測試方法 煤層原始瓦斯壓力當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時 煤中平衡瓦斯壓力稱之為煤層原始瓦斯壓力 其物理單位為MPa 兆帕 煤層殘存瓦斯壓力當煤層受采動影響涌出一部分瓦斯后 此時煤層中殘留瓦斯的壓力大小稱之為煤層殘存瓦斯壓力 單位為MPa 煤層的殘存瓦斯壓力總小于原始瓦斯壓力 5瓦斯參數(shù)測試方法 煤的可解吸瓦斯含量煤自原始瓦斯含量與0 1MPa瓦斯壓力下的煤層殘存瓦斯含量之差稱之為煤的可解吸瓦斯含量 其物理單位為m3 t或cm3 g 煤的可解吸瓦斯含量大致代表單位重量的煤在開采過程中在井下可能涌出的瓦斯量 煤的瓦斯容量當煤中瓦斯壓力無限升高時 單位重量煤所能吸附的換算成標準狀態(tài)下的瓦斯體積稱之為煤的瓦斯容量 瓦斯容量與煤的變質(zhì)程度有關 從褐煤到無煙煤 隨著煤的變質(zhì)程度的升高 瓦斯容量也隨著加大 瓦斯容量實際上是煤對瓦斯的極限吸附量 5瓦斯參數(shù)測試方法 瓦斯?jié)舛葐挝惑w積空氣中所含有的瓦斯體積的體積百分數(shù)稱之為瓦斯?jié)舛?常用 作單位 我們常說的瓦斯?jié)舛葹? 表示的是井下每1m3大氣中含有0 01m3的瓦斯 礦井相對瓦斯涌出量礦井絕對瓦斯涌出量 A 用于民用 甲烷濃度在30 80 僅限于高濃度瓦斯的應用 但由于我國大部分煤礦地處偏遠 利用起來存在非常大的的局限性 B 工業(yè)瓦斯鍋爐 甲烷濃度在30 80 該種方式采用的燃料的直接燃燒 燃料的利用效率相對較低 且適合于離城市相對較近的煤礦 C 瓦斯發(fā)電 甲烷濃度在 4 投資低 建設周期短 就地消化 就地應用或遠距離輸送 規(guī)?？纱罂尚?靈活方便 D 地面抽采 做LNG或CNG 甲烷濃度 80 起步階段 目前僅有中石油 中聯(lián)煤兩家公司正在開展該方面的研發(fā) E 氧化銷毀甲烷濃度 1 目前僅有幾個示范項目 主要是風排 5瓦斯參數(shù)測試方法 瓦斯放散初速度 p 它是一個假定指標 表示充有瓦斯的煤樣放散瓦斯快慢的一個指標 無量綱 煤的堅固性系數(shù) f 反映煤體破壞程度的一個指標 無量綱 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 2煤層瓦斯含量測定5 2 1煤層瓦斯含量測定方法分類 1 根據(jù)應用范圍 地質(zhì)勘探鉆孔中應用方法煤礦井下應用方法2 根據(jù)方法特點 直接測定法間接測定方法 直接測定法比較簡單 直接從煤 巖試樣中抽出瓦斯 測定其成分和瓦斯含量 比較復雜 先測定孔隙率 a b值 煤的工業(yè)分析 再計算瓦斯含量 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 2 2煤層瓦斯含量直接測定方法1 煤的殘存瓦斯含量測定方法 1 取樣 采取新鮮煤芯或碎煤約200g 裝入特制密封容器 真空罐 中加以密封 2 試驗室脫氣與氣體分析 試樣送到試驗室后常溫脫氣 之后加熱至95 進行真空脫氣 抽出氣體進行色譜分析 5瓦斯參數(shù)測試方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 3 煤樣粉碎 煤樣脫氣結束后 打開真空罐取出煤樣 放進密封球磨罐進行粉碎 要求粉碎后煤樣絕大部分 80 以上 的粒度在0 25mm以下 4 粉碎后脫氣與氣體分析 將裝有已粉碎煤樣的密封球磨罐進行加熱和真空脫氣 方法同步驟 2 直到基本上無氣體解吸為止 5 煤樣稱重與工業(yè)分析 6 煤中殘存瓦斯量計算 根據(jù)2個階段脫氣的氣體分析結果中的氧含量 扣除混入的空氣成分 即換算出了無空氣基的煤層氣體成分 再根據(jù)兩次脫氣抽出的氣體體積和成分 煤樣重量和煤質(zhì)分析結果 就很容易算出單位重量煤 或可燃質(zhì) 中含有的瓦斯量 即煤的殘存瓦斯含量 5瓦斯參數(shù)測試方法 2 地勘期間煤層瓦斯含量測定方法 解吸法 解吸法 解吸法是把鉆孔專用儀器采樣改為用普通巖芯管在孔底取煤芯 利用密封罐在煤芯提升到孔口時采樣 這樣做的結果 既減少了鉆孔采樣的困難 又不影響正常鉆進 該法自1973年起在美國得到了廣泛的應用 撫順分院在1978 1981年期間在我國一些煤田進行了工業(yè)試驗 完善了測定中所用的成套儀器和工具 已使之標準化 5瓦斯參數(shù)測試方法 測定步聚 1 采樣 用普通煤芯管采取煤芯 當煤芯升到地表之后 選取煤樣約300 400g 立即放進密封罐中密封 在采樣過程中 測定提升煤芯和煤樣在空氣中的暴露時間 2 瓦斯解吸規(guī)律測定 測定進行2h后 把煤樣送到試驗室進行脫氣和氣體分析 解吸速度測定儀 3 損失瓦斯量計算 煤樣解吸測定前損失的瓦斯量取決于煤芯在孔內(nèi)和空氣中的暴露時間和煤樣瓦斯解吸規(guī)律 5瓦斯參數(shù)測試方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 試驗和理論分析結果表明 煤樣在剛開始暴露的一段時間內(nèi) 累計解吸的瓦斯量與煤樣解吸時間的平方根成正比例 即 式中Vz 煤樣自暴露時起到解吸測定進行時間為t時的瓦斯總解吸體積 ml t0 煤樣在解吸測定前的暴露時間 min t1 提鉆時間 據(jù)經(jīng)驗煤樣在鉆孔的暴露時間取為 min t2 解吸測定前煤樣在地面的暴露時間 min t 煤樣解吸測定的時間 min k 比例常數(shù) 5瓦斯參數(shù)測試方法 解吸實驗測出的瓦斯解吸量V僅為煤樣總解吸量Vz的一部分 僅是t0到t那部分解吸量 解吸測定前煤樣在暴露時間t0時已損失的瓦斯量由此從現(xiàn)場應用該法的來看 損失瓦量量占煤樣總瓦斯量的10 50 應盡量減少煤樣的暴露時間 盡量選取較大粒度的煤樣 以減小瓦斯損失量在煤樣總瓦斯量中所占的比重 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 瓦斯含量計算 4 試驗室煤樣脫氣及氣體成分分析 經(jīng)過解吸測定結束后的煤樣 在密封狀態(tài)下應盡快送到試驗室進行加熱 95 真空脫氣 脫氣完后將煤樣粉碎 再進行一次脫氣 最后進行氣體組分分析 脫氣 粉碎和氣體分析方法與測殘存瓦斯含量時相同 X0 煤樣的原始瓦斯含量 ml g V1 煤樣解吸測定中累計解吸出的瓦斯體積 ml V2 計算出的瓦斯損失量 ml V3 煤樣粉碎前的脫出量 ml V4 煤樣粉碎后的脫出量 ml G 煤樣重量 g 5瓦斯參數(shù)測試方法 3 井下煤層瓦斯含量測定方法 鉆屑解吸法 A 鉆屑解吸法 A 撫順分院在1980 1981年期間 研究提出了鉆屑解吸法測定煤層瓦斯含量的方法 方法的原理與地勘鉆孔所用解吸法相同 與在地勘鉆孔中應用相比 該法在井下煤層鉆孔應用的明顯優(yōu)點 一是煤樣暴露時間短 一般為3 5min 且易準確進行測定 二是煤樣在鉆孔中的解吸條件與在空氣中大致相同 無泥漿和泥漿壓力的影響 5瓦斯參數(shù)測試方法 煤樣解吸隨時間變化規(guī)律 式中q 在解析時間為t時煤樣的解析瓦斯速度 ml g minq1 t 1min時煤樣瓦斯解析速度 ml g min k 解析速度隨時間的衰減系數(shù) 在解析時間為t時累計的解析瓦斯量為 鉆孔見煤至煤樣測定解吸這段時間t0 損失的瓦斯量為 式中Q2 煤樣瓦斯損失量 ml g t0 煤樣解吸前的暴露時間 min 當k 1時 無解 只適用于k 1的情況 現(xiàn)場解吸瓦斯量 殘存量計算與地勘解吸計算方法相同 5瓦斯參數(shù)測試方法 4 井下煤層瓦斯含量測定方法 鉆屑解吸法 B 中國礦業(yè)大學的俞啟香教授提出了一種新的鉆屑解吸法 簡稱鉆屑解吸法 B 和鉆屑解吸法 A 相比 鉆屑解吸法 B 只是對取樣時的鉆屑損失瓦斯量計算作了改進 改進后的方法適應于所有煤層 無論突出煤還是非突出煤 也無論煤樣粒度 損失量計算公式 式中r0 鉆屑開始解吸瓦斯時的解吸瓦斯速度 k 常數(shù) t1 煤樣從脫離煤體至開始解吸測定所用時間 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 井下煤層瓦斯含量測定方法 鉆屑解吸法 C 無論是鉆屑解吸法A或B 均要計算取樣損失量 殘存量這些測定在需要在專門的實驗室完成 因此測定周期長 為了實現(xiàn)井下煤層瓦斯含量快速測定 撫順分院在1993 1995年期間提出了一種新的鉆屑解吸法 鉆屑解吸法 C 研制了WP 1型井下煤層瓦斯含量快速測定儀 計算公式 式中X 煤層瓦斯含量 ml g ab 反映X與V1間特性常數(shù) 不同煤層值不同 V1 煤樣從脫離煤體至開始解吸測定所用時間 5瓦斯參數(shù)測試方法 WP 1型井下煤層瓦斯含量快速測定儀測量的瓦斯參數(shù) Kt 煤樣瓦斯解吸速度衰減系數(shù) 煤層瓦斯突出危險性重要指標之一 K1 煤屋瓦斯突出危險性重要指標之一 cm3 g min V1 單位重量煤樣暴露第一分鐘的瓦斯解吸速度 與煤層瓦斯含量 煤層瓦斯壓力有直接關系 cm3 g min Q2 瓦斯解吸速度衰減系數(shù) W 煤層瓦斯含量預測值 cm3 g P 煤層瓦斯壓力預測值 MPa R 相關系數(shù) 反映測定結果的可靠性 5瓦斯參數(shù)測試方法 6 煤層可解吸瓦斯含量測定 原理是根據(jù)煤的瓦斯解吸規(guī)律來補償采樣過程中損失的瓦斯量 煤的可解吸瓦斯含量等于煤的原始含量與0 1MPa瓦斯壓力下煤的殘存瓦斯含量之差 它的實際意義大致代表煤在開采過程中在井下可能泄出的瓦斯量 測定步聚 1 采樣 用手持式壓風鉆機垂直于新鮮暴露煤壁面打直徑約42mm 深12 15m的鉆孔 每隔2m取兩個煤樣 打鉆時使用中空螺旋鉆 1 2mm粒度 記錄取樣時間t1 負壓取樣器 5瓦斯參數(shù)測試方法 2 瓦斯解吸量測定 測定經(jīng)過相同時間t1的瓦斯解吸量q1 3 送樣過程中瓦斯解吸量 將煤樣從樣品管中取出裝入容積為0 5L或1L的塑料瓶 同時測定并記下測定地點空氣中的瓦斯?jié)舛菴0 樣品送到試驗室后開瓶前再一次測定瓶中的瓦斯?jié)舛菴 4 煤樣粉碎過程和粉碎后解吸的瓦斯量 打開煤樣瓶稱煤樣重量 并迅速放入密封粉碎罐中磨20 30min 同時收集粉碎過程中泄出的瓦斯 直至無氣泡泄出為止 記錄泄出瓦斯體積Q3 皂膜流量計 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 可解吸瓦斯量計算 從煤體鉆取煤樣到煤樣裝入塑料瓶這段時間煤樣所泄出的瓦斯量Q1 它包括煤樣暴露時間為t1時的損失瓦斯量和時間從t1到2t1實測的解吸量q 煤樣在塑料瓶中在運送期間泄出的瓦斯量Q2 煤樣粉碎過程中和粉碎后釋放的瓦斯量Q3直接測定得出 5瓦斯參數(shù)測試方法 瓦斯含量測定步驟 1 采樣及瓦斯解吸速度測定 2 損失瓦斯量的計算 3 殘存瓦斯含量測定 煤樣粉碎前脫氣及氣體分析 煤樣粉碎后脫氣及氣體分析 煤的工業(yè)分析 4 結果計算 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 2 3煤層瓦斯含量間接測定方法1 根據(jù)瓦斯壓力和煤吸附等溫曲線確定瓦斯含量 式中X 純煤 煤中可燃質(zhì) 的瓦斯含量 m3 t p 煤層瓦斯壓力 MPa a 吸附常數(shù) 試驗溫度下煤的極限吸附量 m3 t b 吸附常數(shù) MPa 1 ts 試驗室作吸附試驗的溫度 t 井下煤體溫度 Mad 煤中水分含量 可燃質(zhì) n 系數(shù) 按下式確定 K 煤的孔隙容積 m3 t k 甲烷壓縮系數(shù) 5瓦斯參數(shù)測試方法 甲烷壓縮系數(shù)k 5瓦斯參數(shù)測試方法 原煤瓦斯含量 式中X0 原煤瓦斯含量 m3 t X 可燃基瓦斯含量 m3 t Aad 煤中灰分含量 Mad 煤中水分含量 5瓦斯參數(shù)測試方法 2 含量系數(shù)法中國礦業(yè)大學周世寧提出 式中X 煤層瓦斯含量 m3 t p 煤層瓦斯壓力 MPa 煤的瓦斯含量系數(shù) 5瓦斯參數(shù)測試方法 測定步聚 1 在掘進巷道的新鮮暴露煤面 用煤電鉆打眼采煤樣 煤樣粒度為0 1 0 2mm 重量為60 75g 裝入密封罐 2 用井下鉆孔自然涌出的瓦斯作為瓦斯源 用特制的高壓打氣筒 將鉆孔涌出的瓦斯打入密封罐內(nèi) 為了排除氣筒和罐內(nèi)殘存的空氣 應先用瓦斯清洗氣筒和煤樣罐數(shù)次 然后向煤樣正式注入瓦斯 特制打氣筒打氣最高壓力達2 5MPa時 即可滿足測定含量系數(shù)的要求 3 煤樣罐充氣達2 5MPa時 即關閉罐的閥門 然后送入試驗室在簡易測定裝置上測定調(diào)至不同平衡瓦斯壓力下煤樣所解吸出的瓦斯量 最后按式求出平均的煤的瓦斯含量系數(shù) 值 5瓦斯參數(shù)測試方法 3 根據(jù)煤殘存瓦斯量推算煤層瓦斯含量波蘭提出 在正常作業(yè)的掘進工作面 在煤壁暴露30min后 從煤層頂部和底部各取一個煤樣 裝入密封罐 送入試驗室測定煤的殘存瓦斯含量 如工作面煤壁暴露時間已超過30min 則采樣時應把工作面煤壁清除0 2 0 3m深 再采煤樣 1 當實測煤的殘存量小于3m3 t 2 當實測煤的殘存量大于3m3 t X0 純煤原始瓦斯含量 m3 t Xc 實測煤的殘存瓦斯含量 m3 t 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 3煤層瓦斯壓力測定 瓦斯壓力 煤層中瓦斯所具有的氣體壓力 游離瓦斯 p 單位MPa或kgf cm2 測定方法 1 直接測定法被動測壓法主動測壓法 上行孔下行孔平行孔 當煤的孔隙率相同時 游離瓦斯量與瓦斯壓力成正比 當煤的吸附瓦斯能力相同時 煤層瓦斯壓力越高 煤的吸附瓦斯量越大 5瓦斯參數(shù)測試方法 幾種封孔方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 填料封孔法 打完鉆孔后 先用水清洗鉆孔 再向孔內(nèi)放置帶有壓力表接頭的測壓管 管徑約為6 8mm 長度不小于6m 最后用充填材料封孔 5瓦斯參數(shù)測試方法 幾種封孔方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 封孔器封孔法 膠圈封孔器法 優(yōu)點 簡便易行 封孔器可重復使用 缺點 封孔深度小 且要求封孔段巖石必須致密 完整 5瓦斯參數(shù)測試方法 幾種封孔方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 幾種封孔方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 2 間接測定法 朗格繆爾方程 間接測定法煤層瓦斯壓力誤差大 但井下操作簡單 測定時間短 直接測壓煤層瓦斯壓力誤差小 井下封孔困難 測定周期長 優(yōu)缺點 5瓦斯參數(shù)測試方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 3 煤層瓦斯壓力分布的一般規(guī)律 10 200 400 600 800 1000 同一礦區(qū) 煤層瓦斯壓力隨深度的增加而增大 5瓦斯參數(shù)測試方法 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 4瓦斯放散初速度測定測定步聚 1 采樣 新鮮煤壁250g 無煙煤2 3mm 其它煤種0 25 0 5mm 3 5g二個 裝入杯1內(nèi) 煤樣上放入一個小棉花團 將裝好試樣的杯口涂上真空油并安在玻璃塞8上 2 煤樣脫氣 打開開關10 扭轉(zhuǎn)試杯的玻璃塞 使內(nèi)部通路與管口4相通 開動真空泵 抽吸煤樣中的瓦斯1 5h 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 4瓦斯放散初速度測定 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 4瓦斯放散初速度測定 3 煤樣充氣 煤樣充氣 扭轉(zhuǎn)試杯1玻璃塞8 使內(nèi)部通路與管口5相通 甲烷從瓦斯罐經(jīng)氣表流入試杯內(nèi) 使煤在1at條件下充甲烷1 5h 4 測定瓦斯放散初速度 關閉試樣瓶和甲烷瓶閥門 使試樣瓶與甲烷瓶隔離 開動真空泵對儀器管道死空間進行脫氣 使U型管汞真空計兩端汞面相平 5瓦斯參數(shù)測試方法 停止真空泵 關閉儀器死空間通往真空泵的閥門 打開試樣瓶的閥門 使煤樣瓶與儀器被抽空的死空間相連并同時啟動秒表計時 10s時關閉閥門 讀出汞柱計兩端汞柱差pl mm 45s時再打開閥門 60s時關閉閥門 再一次讀出汞柱計兩端差p2 mm 5 瓦斯放散初速度計算 瓦斯放散初速度指標按下式計算 同一煤樣的兩個試樣測出 p值之差不應大于1 否則需要重新進行測定 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 5煤的堅固性系數(shù)f值測定 1 在煤層的上 下部各采集直徑為100mm煤兩塊 重量約1 5 2 0kg 用塑料袋密封 作好標記送實驗室 2 將井下煤樣用手工破碎成20 30mm粒度的煤樣 分成50g一份 每5份為一組 250g 共需3組 750g 3 將每份煤樣放入搗碎筒內(nèi)后 把2 4kg的重錘提高到600mm高度并使之自由落體 每份煤樣落錘沖擊3次 4 每組煤樣搗碎后 經(jīng)過篩分 把粒度為0 5mm以下的粉煤倒入計量筒內(nèi) 輕輕敲打使之密實 插入具有刻度的活塞尺 量出粉煤高度 即粉末在計量桶內(nèi)的實際高度 讀至毫米 5瓦斯參數(shù)測試方法 f值測筒及落錘 當l 30mm時 沖擊次數(shù)n 即為3次 按以上步驟繼續(xù)進行其它各組測定 當l 30mm時 第一組試樣做廢 每份試樣沖擊次數(shù)n改為5次 按以上步驟進行沖擊 篩分和測量 仍以5份作為一組 測定煤粉高度 按下式計算每組煤的堅固性系數(shù)f值 式中f 為煤的堅固性系數(shù) n 每份試樣的沖擊次數(shù) 次 l 每組試樣篩下粉煤計量高度 m 3組煤所測f值的算術平均值即為測定地點煤樣的堅固性系數(shù) 5瓦斯參數(shù)測試方法 5 6煤層透氣性系數(shù)測定 煤是一種多孔介質(zhì) 在一定的壓力梯度下 氣體和液體可以在煤體中流動 煤層透氣性是煤層對瓦斯流動的阻力 通常用透氣性系數(shù)來表示 透氣性系數(shù)越大 瓦斯在煤層中流動越容易 煤層透氣性系數(shù) 在我國普遍用的單位是m2 MPa2 d 物理意義 在1米長的煤體上 當壓力平方差為1MPa2時 通過1m2煤層斷面 每日流過的瓦斯立方米數(shù) 1m2 MPa2 d相當于0 025mD 毫達西 5瓦斯參數(shù)測試方法 K計算公式 徑向穩(wěn)定流 式中K 煤樣的透氣性系數(shù) D 達西 在試驗溫度條件下 瓦斯的絕對粘度 10 3Pa S P1 P2 煤樣瓦斯入口和出口端的瓦斯壓力 Mpa Pa 大氣壓力 0 1Mp Q 瓦斯流量 cm3 s L 煤樣長度 cm F 煤樣斷面積 c