瓦斯含量和瓦斯压力测定.ppt

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1、煤层瓦斯含量与瓦斯压力测定煤层瓦斯含量与瓦斯压力测定 王兆丰王兆丰 河河南南省省特特聘聘教教授授、河河南南理理工工大大学学博博导导，研研究究员员，煤煤矿矿灾灾害害预预防防与与抢抢险险救救灾灾教教育育部部工工程程研研究究中中心心常常务务副主任，瓦斯防治技术与装备研究所所长。副主任，瓦斯防治技术与装备研究所所长。国国家家安安全全生生产产专专家家，中中国国煤煤炭炭学学会会瓦瓦斯斯地地质质专专业业委委员员会会副副主主任任委委员员，河河南南省省职职业业安安全全健健康康协协会会副副理事长。理事长。联系电话：联系电话：电子邮箱：电子邮箱：内容提要一、瓦斯含量与瓦斯压力测定的重要性一、瓦斯含量与瓦斯压力测定的

2、重要性二、煤层瓦斯压力测定方法二、煤层瓦斯压力测定方法三、煤层瓦斯含量测定方法三、煤层瓦斯含量测定方法1.1.相关规定的要求相关规定的要求vv煤矿安全规程煤矿安全规程煤矿安全规程煤矿安全规程vv防治煤与瓦斯突出细则防治煤与瓦斯突出细则防治煤与瓦斯突出细则防治煤与瓦斯突出细则vv煤与瓦斯突出矿井鉴定规范煤与瓦斯突出矿井鉴定规范煤与瓦斯突出矿井鉴定规范煤与瓦斯突出矿井鉴定规范（AQ1024-2006AQ1024-2006AQ1024-2006AQ1024-2006）vv煤矿瓦斯抽采基本指标煤矿瓦斯抽采基本指标煤矿瓦斯抽采基本指标煤矿瓦斯抽采基本指标（AQ1026-2006AQ1026-2006AQ

3、1026-2006AQ1026-2006）vv煤矿瓦斯抽放规范煤矿瓦斯抽放规范煤矿瓦斯抽放规范煤矿瓦斯抽放规范（AQ1027-2006AQ1027-2006）一、瓦斯压力（含量）测定的重要性一、瓦斯压力（含量）测定的重要性2.2.瓦斯治理的需要瓦斯治理的需要vv 煤矿通风设计煤矿通风设计煤矿通风设计煤矿通风设计vv 矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测vv 瓦斯突出防治瓦斯突出防治瓦斯突出防治瓦斯突出防治vv 煤矿井下瓦斯抽采煤矿井下瓦斯抽采煤矿井下瓦斯抽采煤矿井下瓦斯抽采一、瓦斯压力（含量）测定的重要性一、瓦斯压力（含量）测定的重要性一、瓦斯压力（含量）测

4、定的重要性一、瓦斯压力（含量）测定的重要性3.3.瓦斯资源开发利用的需要瓦斯资源开发利用的需要vv 煤矿瓦斯抽采系统设计煤矿瓦斯抽采系统设计煤矿瓦斯抽采系统设计煤矿瓦斯抽采系统设计vv 煤层气商业开发煤层气商业开发煤层气商业开发煤层气商业开发vv 瓦斯（煤层气）利用设计瓦斯（煤层气）利用设计瓦斯（煤层气）利用设计瓦斯（煤层气）利用设计二、煤层瓦斯含量测定集气法集气法瓦斯含量测定方法瓦斯含量测定方法直接法直接法间接法间接法地勘方法地勘方法井下方法井下方法解吸法解吸法钻屑解吸法钻屑解吸法密闭法密闭法二、煤层瓦斯含量测定煤煤层层瓦瓦斯斯含含量量：单位重量煤中所含有的换算成标准状态下（20，0.1MP

5、a）的瓦斯体积称之为煤层瓦斯含量，单位m3/t和cm3/g。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（煤层气含量测定方法（GB/T 19559-2004GB/T 19559-2004）地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（地勘时期煤层瓦斯含量测定方法（AQ1046-AQ1046-2007 2007）USBMUSBM解吸法解吸法 SmithWilliams SmithWilliams解吸法解吸法二、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PCH4煤层煤层泥浆泥浆v vv钻孔钻孔P泥浆泥浆P泥浆泥浆P空气PCH4PCH4二、煤层瓦

6、斯含量测定（1）地勘解吸法我国地勘瓦斯含量测定装备我国地勘瓦斯含量测定装备我国地勘瓦斯含量测定装备我国地勘瓦斯含量测定装备二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法欧美国家地勘瓦斯含量测定装备欧美国家地勘瓦斯含量测定装备欧美国家地勘瓦斯含量测定装备欧美国家地勘瓦斯含量测定装备二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法瓦斯损失量计算图 二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法v采样：采样：用普通岩芯管采取煤芯用普通岩芯管采取煤芯(煤样煤样)，当煤芯，当煤芯(煤样煤样)提升至地表之提升至地表之后选取后选取300300400g400g立即装入密封罐中，在采样过程中，注意记录开始立即装入密封罐中，在采样过程中，注意记

7、录开始提芯、煤芯提至地表和装罐前在空气中暴露的时间。提芯、煤芯提至地表和装罐前在空气中暴露的时间。v瓦斯解吸量测定：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。测量量煤样解吸瓦斯量随时间的变化。测量2h2h后，得出累计瓦斯解吸体后，得出累计瓦斯解吸体积积V1V1，然后取出针头，将密封罐送至实验室，进行脱气和气体分析。，然后取出针头，将密封罐送至实验室，进行脱气和气体分析。v损失瓦斯量推算：损失瓦

8、斯量推算：煤样在最初暴露的一段时间内，累计解吸瓦斯量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：与煤样解吸时间的平根成正比，即：VS=KVS=Kv残存瓦斯量实验室测定：残存瓦斯量实验室测定：经解吸测定的煤样，在密封状态下加热经解吸测定的煤样，在密封状态下加热(95)(95)真空脱气，确定真空脱气，确定V V3 3，再粉碎后脱气，确定，再粉碎后脱气，确定V V4 4，气体组份分析煤，气体组份分析煤样称重并进行工业分析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：煤样灰分含量不得超过40%；煤样现场

9、瓦斯解吸测定后，必须密封装罐，脱气前不漏气；煤样重量不得少于250g；瓦斯带测定煤样甲烷成分不低于80%；同一钻孔同一煤层有两个或两个以上的瓦斯含量测值，且均满足条件时，按最大值确定煤层瓦斯含量。存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少存在问题：瓦斯含量测值随深度增加而减少二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法泥浆介质取芯模拟试验装置结构示意图泥浆介质取芯模拟试验装置结构示意图泥浆介质取芯模拟试验装置结构示意图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）地勘解吸法研制的泥浆介质取芯模拟测试装置研制的泥浆介质

10、取芯模拟测试装置研制的泥浆介质取芯模拟测试装置研制的泥浆介质取芯模拟测试装置v解决了二大技术难题：解决了二大技术难题：1.提钻过程泥浆压降模拟；提钻过程泥浆压降模拟；2.提钻过程漏失瓦斯量实时提钻过程漏失瓦斯量实时精确测定。精确测定。v测定装备申报了发明专利测定装备申报了发明专利v实验得到了实验得到了“漏失瓦斯量不漏失瓦斯量不能用简单的计算公式来推能用简单的计算公式来推算算”的结论的结论二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法提钻过程泥浆压降实际模拟曲线提钻过程泥浆压降实际模拟曲线提钻过程泥浆压降实际模拟曲线提钻过程泥浆压降实际模拟曲线模拟逼近推算提钻过程煤芯漏失瓦斯量的测试方法模拟逼近推算提钻过

11、程煤芯漏失瓦斯量的测试方法模拟逼近推算提钻过程煤芯漏失瓦斯量的测试方法模拟逼近推算提钻过程煤芯漏失瓦斯量的测试方法地面瓦斯解吸测定地面瓦斯解吸测定钻孔煤芯钻孔煤芯地勘钻孔提钻记录地勘钻孔提钻记录实验室煤样处理实验室煤样处理漏失瓦斯量漏失瓦斯量给定瓦斯压力给定瓦斯压力实验室煤样处理实验室煤样处理模拟测试模拟测试模拟测试装置模拟测试装置残余瓦斯压力测定残余瓦斯压力测定残余瓦斯压力残余瓦斯压力残余压力比较残余压力比较不相等不相等相等或模拟相等或模拟次数超过次数超过5次次模拟结束模拟结束二、煤层瓦斯含量测定（1）地勘解吸法二、煤层瓦斯含量测定（2）钻屑解吸法要求：钻屑采自原始煤体，孔深超过10m钻屑采

12、集方法与器具钻屑采集方法与器具测定步骤：（1）采样：孔口取样，粒度为13mm，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l原理：与地勘解吸法类似l与地勘解吸法的区别：损失瓦斯量推算方法不同l取样损失量推算公式：qt=qoe-kt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）钻屑解吸法二、煤层瓦斯含量测定（2）钻屑解吸法型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型定点取样器型

13、定点取样器型定点取样器二、煤层瓦斯含量测定（3）间接法朗格缪尔方法：朗格缪尔方法：朗格缪尔方法：朗格缪尔方法：vv瓦斯压力测定瓦斯压力测定瓦斯压力测定瓦斯压力测定vv吸附常数测定吸附常数测定吸附常数测定吸附常数测定vv工业分析和孔隙率工业分析和孔隙率工业分析和孔隙率工业分析和孔隙率vv公式计算公式计算公式计算公式计算缺点：需测参数多，周期长煤层原始瓦斯压力：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）。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、煤层瓦斯压力测定三、

14、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测定方法瓦斯压力测定方法测压方式测压方式被动式被动式主动式主动式封孔材料封孔材料胶圈胶圈-粘液封孔粘液封孔注浆封孔注浆封孔黄泥封孔黄泥封孔测压地点测压地点井下测压井下测压地面测压地面测压穿层钻孔测压穿层钻孔测压煤层测压煤层测压二、煤层瓦斯压力测定（1）地面钻孔测压黄泥（石膏）封孔黄泥（石膏）封孔黄泥（石膏）封孔黄泥（石膏）封孔二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压适用条件：l封孔长度不能太长，一般10m；l测压处岩石坚硬、少裂隙；l穿层钻孔测压。注浆封孔法注浆封孔法注浆封孔法注浆封孔法二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压适用条件：l松软岩层或煤巷测压；l煤层群分层测压

15、；l穿层钻孔测压；l用于煤层孔测压时，煤层倾角应该大于10;l钻孔长度 15m.胶圈粘液封孔胶圈粘液封孔胶圈粘液封孔胶圈粘液封孔适用条件：l松软岩层穿层钻孔测压或煤巷测压；l钻孔长度 15m。二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压液压封孔液压封孔液压封孔液压封孔适用条件：l封孔长度不能太长，一般10m；l测压处岩石坚硬、少裂隙；l穿层钻孔测压。二、煤层瓦斯压力测定（2）井下钻孔测压测压地点选择：测压地点选择：测压地点选择：测压地点选择：l l同同同同一一一一地地地地点点点点应应应应打打打打两两两两个个个个测测测测压压压压钻钻钻钻孔孔孔孔，钻钻钻钻孔孔孔孔口口口口距距距距离离离离应应应应在在在在

16、其其其其相相相相互互互互影影影影响响响响范范范范围围围围外外外外，其其其其见见见见煤点的距离除石门测压外应不小于煤点的距离除石门测压外应不小于煤点的距离除石门测压外应不小于煤点的距离除石门测压外应不小于20 m20 m；l l除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；l l钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；钻孔应避开地

17、质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；l l测测测测定定定定煤煤煤煤层层层层原原原原始始始始瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯压压压压力力力力的的的的见见见见煤煤煤煤点点点点应应应应避避避避开开开开地地地地质质质质构构构构造造造造裂裂裂裂隙隙隙隙带带带带、巷巷巷巷道道道道、采采采采动动动动及及及及抽放等的影响范围；抽放等的影响范围；抽放等的影响范围；抽放等的影响范围；l l选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；l l瓦

18、瓦瓦瓦斯斯斯斯压压压压力力力力测测测测定定定定地地地地点点点点宜宜宜宜选选选选择择择择在在在在进进进进风风风风系系系系统统统统，行行行行人人人人少少少少且且且且便便便便于于于于安安安安设设设设保保保保护护护护栅栅栅栅栏栏栏栏的的的的地地地地方。方。方。方。二、煤层瓦斯压力测定测定方法的选择：测定方法的选择：l测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法。l在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度15m 时应采用 胶囊一密封粘液封孔测压法；钻孔长度15m 时应采用注浆封孔测压法。l竖井揭煤可采用注浆封孔测压法。l测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法。l测压时间

19、充足时，宜采用被动测压法。l测压时间紧迫时，应采用主动测压法。二、煤层瓦斯压力测定封孔深度：封孔深度：（1）封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求:黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于5m；胶囊一粘液封孔测定本煤层瓦斯压力的封孔深度应不小于10m；注浆封孔测压法的封孔深度不小于12m，煤层群分层测压时则应封堵至被测煤层在钻孔侧的顶板或底板；（2）应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。（3）本煤层测压孔封孔应保证其测压气室长不小于1.5 m，穿层测压孔的封孔不宜超过被测煤层在钻孔侧的顶板或底板。二、煤层瓦斯压力测定类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复

20、曲线二、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线二、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线类瓦斯压力恢复曲线二、煤层瓦斯压力测定瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：瓦斯压力测值可靠性判断：谢谢大家，谢谢大家，欢迎到河南理工大学光临指导！欢迎到河南理工大学光临指导！谢谢大家，谢谢大家，欢迎到河南理工大学光临指导！欢迎到河南理工大学光临指导！