煤層瓦斯含量井下直接測定方法

1、煤層瓦斯含量井下直接測定方法1、范圍 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了井下直接測定煤層瓦斯含量的采樣方法、解吸瓦斯量測定方法、損失瓦斯量補(bǔ)償方法、殘存瓦斯量測定方法及煤層瓦斯含量的計(jì)算方法。 本標(biāo)準(zhǔn)適用于煤礦井下利用解吸法直接測定煤層瓦斯含量。 本標(biāo)準(zhǔn)不適用于嚴(yán)重漏水鉆孔、瓦斯噴出鉆孔及巖芯瓦斯含量測定。 2、儀器設(shè)備 a)煤樣罐：罐內(nèi)徑大于 60mm，容積足夠裝煤樣 400g 以上，在 1.5MPa 氣壓下保持氣密性； b)瓦斯解吸速度測定儀（簡稱解吸儀，如圖 1 所示）：量管有效體積不小于 800cm3，最小刻度 2 cm3； c)空盒氣壓計(jì)：(80106)Kpa，分度值 0.1kPa； d)秒表； e)穿刺

2、針頭或閥門； f)溫度計(jì)：(-3050)； g)真空脫氣裝置或常壓自然解吸測定裝置； h)球磨機(jī)或粉碎機(jī)； i)氣相色譜儀:符合 GB/T 13610 要求； j)天秤：秤量不小于 1000g，感量不大于 1g； k)超級(jí)恒溫器，最高工作溫度(95100)。 3、采樣 1）采樣前準(zhǔn)備 （1）所有用于取樣的煤樣罐在使用前必須進(jìn)行氣密性檢測；氣密性檢測可通過向煤樣罐內(nèi)注空氣至表壓 1.5MPa 以上，關(guān)閉后擱置 12h，壓力不降方可使用。禁止在絲扣及膠墊上涂潤滑油。 （2）解吸儀在使用之前，將量管內(nèi)灌滿水，關(guān)閉底塞并倒置過來（見圖 1），放置 10min 量管內(nèi)水面不動(dòng)為合格。 2）煤樣采集 （1

3、）采樣鉆孔布置 同一地點(diǎn)至少應(yīng)布置兩個(gè)取樣鉆孔，間距不小于5m。 （2）采樣方式 在未經(jīng)過瓦斯抽采的石門、巖石巷道或新暴露的采掘工作面向煤層打鉆，用煤芯采取器（簡稱煤芯管）采集煤芯或定點(diǎn)取樣采集煤屑，采集煤芯時(shí)一次取芯長度應(yīng)不小于0.4m。 （3） 采樣深度 采樣深度應(yīng)超過鉆孔施工地點(diǎn)巷道的影響范圍，并滿足以下要求：在采掘工作面取樣時(shí)，采樣深度應(yīng)根據(jù)采掘工作面的暴露時(shí)間來確定，但不得小于12m；在石門或巖石巷道采樣時(shí)，距煤層的垂直距離應(yīng)視巖性而定，但不得小于5m。測定殘余瓦斯含量時(shí),取樣不受此限制。 （4）采樣時(shí)間 采樣時(shí)間是指用于瓦斯含量測定的煤樣從割芯（或鉆屑）到被裝入煤樣罐密封所用的實(shí)際

4、時(shí)間。采樣時(shí)間越短越好，但不得超過30min。 （5）取出煤芯后，對(duì)于柱狀煤芯，采取中間含矸石少的完整的部分；對(duì)于粉狀及塊狀煤芯，要剔除矸石、泥石及研磨燒焦部分。不得用水清洗煤樣，保持自然狀態(tài)裝入密封罐中，不可壓實(shí)，罐口保留約10mm 空隙。 （6） 煤樣罐密封前，先將穿刺針頭插入罐蓋上部的密封膠墊，以避免造成煤樣罐憋氣現(xiàn)象，然后再用扳手?jǐn)Q緊罐蓋，再將排氣管與穿刺針頭連接來測定瓦斯解吸速度。 （7）參數(shù)記錄 采樣時(shí)，應(yīng)同時(shí)收集以下有關(guān)參數(shù)記錄在附錄 A： a) 地質(zhì)參數(shù)：取樣地點(diǎn)、煤層名稱、埋深（地面標(biāo)高、煤層底板標(biāo)高）、采樣深度、鉆孔方位、鉆孔傾角； b) 時(shí)間參數(shù)：采樣日期、取芯（屑）開始

5、時(shí)間、取芯（屑）結(jié)束時(shí)間、煤樣裝罐結(jié)束時(shí)間； c) 樣品參數(shù)：罐號(hào)、樣品編號(hào)。 4、測定方法及步驟 1）井下自然解吸瓦斯量測定 （1） 井下自然解吸瓦斯量采用解吸儀（如圖 1）測定。煤樣罐通過排氣管 5 與解吸儀連接后，打開彈簧夾 3，隨即有從煤樣泄出的瓦斯進(jìn)入量管，用排水集氣法將瓦斯收集在量管內(nèi)。 （2） 每間隔一定時(shí)間記錄量管讀數(shù)Vt及測定時(shí)間T ，連續(xù)觀測 60 min 或解吸量小于 2cm3/min 為止。開始觀測前 30min 內(nèi)，間隔 1 min，以后每隔(25)min 讀數(shù)一次；將觀測結(jié)果填寫到附錄 B，同時(shí)記錄氣溫、水溫及大氣壓力。 （3）如果量管體積不足以容納 60 min

6、內(nèi)從煤樣泄出的全部瓦斯，可以中途用彈簧夾 3 夾住排氣管與解吸儀斷開，重新迅速給解吸儀補(bǔ)足清水,然后打開彈簧夾 3 連通解吸儀繼續(xù)觀測。 （4）如果在解吸儀觀測中沒有瓦斯泄出，應(yīng)當(dāng)檢查穿刺針頭、排氣管及煤樣罐上部排氣孔是否堵塞。如果沒有堵塞，則是瓦斯含量過小所至，此時(shí)，即可終止觀測，送實(shí)驗(yàn)室測定。 （5）觀測結(jié)束后，抽出穿刺針頭，將壓緊螺絲稍加擰緊（用力適度，不可過緊，以免膠墊失去彈性）。 （6）煤樣罐密封運(yùn)到井上后，要進(jìn)行試漏，將煤樣罐沉入清水中，仔細(xì)觀察 5min，檢查有無氣泡冒出。如果發(fā)現(xiàn)有氣泡滲出，則要更換煤樣罐或膠墊重新取樣。如不漏氣，可以送實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 1排水口； 2量管；

7、 3彈簧夾； 4底塞； 5排氣管； 6穿刺針頭或閥門； 7煤樣罐； 8吊環(huán)。 圖1 瓦斯解吸速度測定儀與煤樣罐連接示意圖 2）殘存瓦斯含量測定 （1） 煤樣檢查與登記 a煤樣送到實(shí)驗(yàn)室后，仍要按 1）中（6）的方法進(jìn)行試漏；如發(fā)現(xiàn)漏氣即為廢品，將檢查結(jié)果在報(bào)告中注明。 b檢查瓦斯煤樣送驗(yàn)單與罐號(hào)是否符合，試驗(yàn)資料是否齊全；經(jīng)檢查無誤后，統(tǒng)一登記編號(hào)，然后盡快進(jìn)行下一步測定工作。 1超級(jí)恒溫器； 2密封罐； 3穿刺針頭； 4濾塵管； 5集水瓶； 6冷卻管； 7水銀真空計(jì)； 8隔水瓶； 9吸水管； 10排水瓶； 11吸氣瓶； 12真空瓶； 13量管； 14取氣支管； 15水準(zhǔn)瓶； 16干燥管； 1

8、7分隔球； 18真空泵； A螺旋夾； BF單向活塞； GK三通活塞； L、M120°三通活塞。 圖2 真空脫氣裝置（2） 脫氣法 1 脫氣前的準(zhǔn)備工作 a)真空脫氣裝置各玻璃部件組裝前要清洗、烘干。組裝后，在吸氣瓶11、真空瓶12及量管13（見圖2）充以適量的酸性飽和食鹽水做限定液。真空系統(tǒng)各連接部分用真空封膠密封。真空活塞洗靜后涂以真空封脂。在擦洗活塞時(shí)，要防止有機(jī)溶劑對(duì)儀器的污染。 b)真空脫氣裝置使用前要嚴(yán)格進(jìn)行氣密性檢查，要求真空系統(tǒng)在儀器最大真空度下放置240min，真空計(jì)水銀液面上升不超過5mm。各量管在水準(zhǔn)瓶放低情況下液面保持不動(dòng)。 c)儀器檢修后要重新進(jìn)行氣密性檢查。

9、 2 煤樣粉碎前脫氣 a)預(yù)抽真空 煤樣與脫氣儀連接前，對(duì)儀器左側(cè)真空系統(tǒng)抽氣，達(dá)到最大真空度時(shí)停泵，觀察真空計(jì)水銀液面，在10min內(nèi)保持不動(dòng)為合格。 b)煤樣罐與脫氣儀連接 關(guān)閉脫氣儀的真空計(jì)，通過穿刺針頭及真空膠管將煤樣罐與脫氣儀連接。 c)煤樣脫氣 粉碎前常溫脫氣：煤樣首先在30恒溫下脫氣，直至真空計(jì)水銀液面不動(dòng)為止。每隔30min重新抽氣，直進(jìn)行到每30min內(nèi)瀉出瓦斯量小于10cm3。 2）粉碎前加熱脫氣：常溫脫氣后，再將煤樣加熱至(95100)恒溫，重復(fù)a)進(jìn)行脫氣。脫氣終了后，關(guān)閉真空計(jì)，取下煤樣罐，迅速地取出煤樣立即裝入球磨罐中密封。 3）脫氣過程中如集水瓶5積水過多妨礙氣流

10、通過時(shí)，應(yīng)及時(shí)將積水排出。排水時(shí)要防止將真空系統(tǒng)中瓦斯抽出。 3 煤樣粉碎后脫氣和稱重 a)煤樣粉碎 1）球磨罐使用前按本標(biāo)準(zhǔn)第5.l.1條進(jìn)行氣密性檢查。 2）煤樣裝罐時(shí)，如果塊度較大，應(yīng)事先將煤樣在罐內(nèi)搗碎至粒度25mm以下，然后擰緊罐蓋密封。 3）煤樣粉碎到粒度小于0.25mm的重量超過80%為合格。 b)脫氣和稱重 煤樣粉碎后脫氣按本標(biāo)準(zhǔn)第6.2.3條進(jìn)行，本階段脫氣要一直進(jìn)行到真空計(jì)水銀柱穩(wěn)定為止。然后，關(guān)閉真空計(jì)，取下球磨罐，待罐體冷卻至常溫后，打開罐體，稱量煤樣重量(稱準(zhǔn)到1g)按GB474煤樣的制備方法縮制成分析煤樣，按GB/T 212煤的工業(yè)分析方法分析Mad、Aad及Vda

11、f。剩余煤樣保留1個(gè)月后處理。 4 6.2.2.4 氣體體積的計(jì)量 a)讀取量管讀數(shù)時(shí)，應(yīng)提高水準(zhǔn)瓶，使量管內(nèi)外液面齊平。同時(shí)并記錄大氣壓力，氣壓表溫度及室溫，將觀測結(jié)果填寫到附錄C中。 b)如果三支量管不足以容納全部脫出的氣體時(shí)，可以將氣體混合均勻后，將兩支大量管的氣體排出，保留小量管內(nèi)的氣體，同時(shí)記錄排出的氣體體積及相應(yīng)的參數(shù)(參見a)條)。脫氣完了后，將氣樣大致按前后脫出氣體體積比例混合。然后，取混合氣樣進(jìn)行分析，也可對(duì)前后兩次脫出氣體分別取樣分析計(jì)算。 （3）常壓自然解吸法 1 解吸系統(tǒng)密封性檢查 將量管充水至一定高度后隔絕量管與外界連通，待液面穩(wěn)定后，若量管內(nèi)液面在5min內(nèi)下降刻度

12、小于2cm3則氣路密封性合格。 2 煤樣罐與地面解吸裝置連接 通過膠管將煤樣筒與地面解吸裝置連接（見圖3）。 3 粉碎前自然解吸瓦斯量測定及煤樣稱重 a）讀取并記錄量管液面初始讀數(shù)，緩慢打開煤樣筒閥門，隔一定時(shí)間間隔讀取一次瓦斯的解吸量，時(shí)間間隔的長短取決于解吸速度；并注意觀察解吸累計(jì)量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理，或報(bào)廢。 b）當(dāng)實(shí)測解吸瓦斯體積達(dá)到單根測量管最大量程 85%時(shí)，打開轉(zhuǎn)換手柄用第二根測量管測量。 c）當(dāng)解吸一段時(shí)間后，玻璃管內(nèi)不再有氣泡冒出時(shí)解吸完畢，讀取并記錄解吸玻璃管液面終止讀數(shù)。 d）將煤樣罐內(nèi)煤樣倒入煤樣盆中，進(jìn)一步去除矸石等非煤物質(zhì)，然后放置在天平上進(jìn)行煤樣總重稱量

13、。 e）記錄解吸周圍環(huán)境的溫度、大氣壓力、煤樣重量、測試人員以及煤樣送達(dá)實(shí)驗(yàn)室和開始地面解吸的時(shí)間，將實(shí)驗(yàn)測定數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)填入附錄D中。 4 粉碎后自然解吸瓦斯量測定 a）密封性檢查 按照上述方法進(jìn)行密封性檢查。 b）煤樣稱重 1）從煤樣盆中取兩份相等量的二次煤樣，記錄二次煤樣重量，煤樣的質(zhì)量一般是(100300)g，選擇整芯或較大塊的煤樣，確保二次煤樣和全煤樣有相同的特性。如果兩份二次煤樣測試結(jié)果有較大的差別，應(yīng)該再取第三份二次煤樣。 2）若待粉碎煤樣塊度較大，應(yīng)事先將煤樣搗碎至粒度25mm以下。 c）粉碎后自然解吸瓦斯量測定 1）將稱量好的二次煤樣逐份放入粉碎機(jī)料缽內(nèi)，蓋好帶有密封圈的蓋子，并

14、壓緊密封嚴(yán)實(shí)。 2）記錄量管初始讀數(shù)，然后進(jìn)行煤樣粉碎。 3）運(yùn)行時(shí)觀測解吸瓦斯量體積，當(dāng)實(shí)測解吸瓦斯體積達(dá)到單根測量管最大量程的85%時(shí)，打開轉(zhuǎn)換開關(guān)用第二根測量管測量，粉碎結(jié)束時(shí)記錄量管終止讀數(shù)；將實(shí)驗(yàn)測定數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)填入附表D中。 4）煤樣粉碎到95%煤樣通過60目(0.25mm)的分樣篩合格。 5）解吸結(jié)束后讀取的量管終止讀數(shù)與解吸前量管初始讀數(shù)之差即為在本次條件下的解吸瓦斯體積，同時(shí)記錄大氣壓力，室溫，將觀測結(jié)果填寫到附錄D中。 5、 數(shù)據(jù)處理煤樣井下 NO. 04 煤樣編號(hào)：Wk039采樣日期2013 年 5 月 28 日 19：26采樣地點(diǎn)烏海能源公司 平溝礦 1605 切眼 2號(hào)孔

15、取樣深度： 79m 鉆孔傾角： 0.5° 煤樣罐編號(hào)WK099煤樣暴露時(shí)間t0 = 56 s解吸結(jié)果觀察時(shí)間t/min量筒讀數(shù)V1/cm3觀察時(shí)間t/min量筒讀數(shù)V1/cm3觀察時(shí)間t/min量筒讀數(shù)V1/cm30200112982231812441230223320225613304243203262143062532042701530826322527616308273246280173102832472861831229324828819314303249292203161029621316觀察時(shí)間 min0123456780.9659192511.3903237031.71

16、26003621.9831792662.2210357942.4357750312.6330590572.8165581832.988812473累積瓦斯解析量：04456627076808688觀察時(shí)間 min91011121314151693.1516662263.3065087333.4544174623.5962480453.7326933983.8643240033.9916162144.1149726613.151666226累積瓦斯解析量：92969810210410610811092各階段換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下氣體體積：各階段瓦斯體積換算各階段煤樣瓦斯量計(jì)算：暴露時(shí)間17.2CM3