瓦斯含量和瓦斯壓力測定課件

煤層瓦斯含量與瓦斯壓力測定煤層瓦斯含量與瓦斯壓力測定1

王兆豐河南省特聘教授、河南理工大學博導，研究員，煤礦災害預防與搶險救災教育部工程研究中心常務副主任，瓦斯防治技術與裝備研究所所長。國家安全生產(chǎn)專家，中國煤炭學會瓦斯地質(zhì)專業(yè)委員會副主任委員，河南省職業(yè)安全健康協(xié)會副理事長。

聯(lián)系電話：電子郵箱：王兆豐2內(nèi)容提要一、瓦斯含量與瓦斯壓力測定的重要性二、煤層瓦斯壓力測定方法三、煤層瓦斯含量測定方法內(nèi)容提要一、瓦斯含量與瓦斯壓力測定的重要性二、煤層瓦斯壓力測31.相關規(guī)定的要求《煤礦安全規(guī)程》《防治煤與瓦斯突出細則》《煤與瓦斯突出礦井鑒定規(guī)范》（AQ1024-2006）《煤礦瓦斯抽采基本指標》（AQ1026-2006）《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（AQ1027-2006

）一、瓦斯壓力（含量）測定的重要性1.相關規(guī)定的要求一、瓦斯壓力（含量）測定的重要性42.瓦斯治理的需要煤礦通風設計礦井瓦斯涌出量預測瓦斯突出防治煤礦井下瓦斯抽采一、瓦斯壓力（含量）測定的重要性2.瓦斯治理的需要一、瓦斯壓力（含量）測定的重要性5一、瓦斯壓力（含量）測定的重要性3.瓦斯資源開發(fā)利用的需要煤礦瓦斯抽采系統(tǒng)設計煤層氣商業(yè)開發(fā)瓦斯（煤層氣）利用設計一、瓦斯壓力（含量）測定的重要性3.瓦斯資源開發(fā)利用的需要6二、煤層瓦斯含量測定集氣法瓦斯含量測定方法直接法間接法地勘方法井下方法解吸法鉆屑解吸法密閉法二、煤層瓦斯含量測定集氣法瓦斯含量測定方法直接法間接法地勘方7二、煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量：單位重量煤中所含有的換算成標準狀態(tài)下（20℃，0.1MPa）的瓦斯體積稱之為煤層瓦斯含量，單位m3/t和cm3/g。二、煤層瓦斯含量測定煤層瓦斯含量：單位重量煤中所含有的換算成8

國際上現(xiàn)在普遍采用地勘解吸法來測定煤層瓦斯含量，建立了相關的測定標準：煤層氣含量測定方法（GB/T19559-2004）

地勘時期煤層瓦斯含量測定方法（AQ1046-2007）

USBM解吸法Smith—Williams解吸法二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法國際上現(xiàn)在普遍采用地勘解吸法來測定煤層瓦斯含量9二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法PCH4煤層泥漿vv鉆孔P泥漿P泥漿P空氣PCH4PCH4二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法PCH4煤層泥漿vv鉆10二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法我國地勘瓦斯含量測定裝備二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法我國地勘瓦斯含量測定裝11二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法歐美國家地勘瓦斯含量測定裝備二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法歐美國家地勘瓦斯含量測12二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法13瓦斯損失量計算圖二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法瓦斯損失量計算圖二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法14采樣：用普通巖芯管采取煤芯(煤樣)，當煤芯(煤樣)提升至地表之后選取300～400g立即裝入密封罐中，在采樣過程中，注意記錄開始提芯、煤芯提至地表和裝罐前在空氣中暴露的時間。瓦斯解吸量測定：煤樣裝入密封罐后，先將穿刺針頭插入罐蓋上的膠墊圈，再擰緊罐蓋，并通過針頭將密封罐與解吸儀連接，開始測量煤樣解吸瓦斯量隨時間的變化。測量2h后，得出累計瓦斯解吸體積V1，然后取出針頭，將密封罐送至實驗室，進行脫氣和氣體分析。損失瓦斯量推算：煤樣在最初暴露的一段時間內(nèi)，累計解吸瓦斯量與煤樣解吸時間的平根成正比，即：VS=K殘存瓦斯量實驗室測定：經(jīng)解吸測定的煤樣，在密封狀態(tài)下加熱(95℃)真空脫氣，確定V3，再粉碎后脫氣，確定V4，氣體組份分析煤樣稱重并進行工業(yè)分析二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法采樣：用普通巖芯管采取煤芯(煤樣)，當煤芯(煤樣)提升至地表15二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法地勘瓦斯含量可靠性評價：

⑴煤樣灰分含量不得超過40%；⑵煤樣現(xiàn)場瓦斯解吸測定后，必須密封裝罐，脫氣前不漏氣；⑶煤樣重量不得少于250g；⑷瓦斯帶測定煤樣甲烷成分不低于80%；⑸同一鉆孔同一煤層有兩個或兩個以上的瓦斯含量測值，且均滿足條件⑴～⑷時，按最大值確定煤層瓦斯含量。二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法地勘瓦斯含量可靠性評價16存在問題：瓦斯含量測值隨深度增加而減少二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法存在問題：瓦斯含量測值隨深度增加而減少二、煤層瓦斯含量測定

17泥漿介質(zhì)取芯模擬試驗裝置結構示意圖二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法泥漿介質(zhì)取芯模擬試驗裝置結構示意圖二、煤層瓦斯含量測定

（118研制的泥漿介質(zhì)取芯模擬測試裝置解決了二大技術難題：提鉆過程泥漿壓降模擬；提鉆過程漏失瓦斯量實時精確測定。測定裝備申報了發(fā)明專利實驗得到了“漏失瓦斯量不能用簡單的計算公式來推算”的結論二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法研制的泥漿介質(zhì)取芯模擬測試裝置解決了二大技術難題：二、煤層瓦19提鉆過程泥漿壓降實際模擬曲線提鉆過程泥漿壓降實際模擬曲線20模擬逼近推算提鉆過程煤芯漏失瓦斯量的測試方法地面瓦斯解吸測定鉆孔煤芯地勘鉆孔提鉆記錄實驗室煤樣處理漏失瓦斯量給定瓦斯壓力實驗室煤樣處理模擬測試模擬測試裝置殘余瓦斯壓力測定殘余瓦斯壓力殘余壓力比較不相等相等或模擬次數(shù)超過5次模擬結束二、煤層瓦斯含量測定

（1）地勘解吸法模擬逼近推算提鉆過程煤芯漏失瓦斯量的測試方法地面瓦斯解吸測定21二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法要求：鉆屑采自原始煤體，孔深超過10m鉆屑采集方法與器具二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法要求：鉆屑采自原始煤體22測定步驟：（1）采樣：孔口取樣，粒度為1～3mm，煤樣100～200g（2）煤樣瓦斯解吸量測定（3）取樣過程中的瓦斯解吸量推算（4）煤樣殘存瓦斯量測定（5）瓦斯含量計算二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法測定步驟：二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法23原理：與地勘解吸法類似與地勘解吸法的區(qū)別：損失瓦斯量推算方法不同取樣損失量推算公式：

qt=qoe-kt缺點：無法定點取樣；要推算取樣損失量、測定殘存瓦斯量，測定周期長。

二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法原理：與地勘解吸法類似二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法24二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法Ⅱ型定點取樣器Ⅲ型定點取樣器Ⅰ型定點取樣器二、煤層瓦斯含量測定

（2）鉆屑解吸法Ⅱ型定點取樣器Ⅲ型定點25二、煤層瓦斯含量測定

（3）間接法朗格繆爾方法：瓦斯壓力測定吸附常數(shù)測定工業(yè)分析和孔隙率公式計算缺點：需測參數(shù)多，周期長二、煤層瓦斯含量測定

（3）間接法朗格繆爾方法：缺點：需測參26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，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，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。三、煤層瓦斯壓力測定煤層原始瓦斯壓力：當煤層未受采動影響而處于原始賦存狀態(tài)時，煤27三、煤層瓦斯壓力測定瓦斯壓力測定方法測壓方式被動式主動式封孔材料膠圈-粘液封孔注漿封孔黃泥封孔測壓地點井下測壓地面測壓穿層鉆孔測壓煤層測壓三、煤層瓦斯壓力測定瓦斯壓力測定方法測壓方式被動式主動式封孔28二、煤層瓦斯壓力測定

（1）地面鉆孔測壓二、煤層瓦斯壓力測定

（1）地面鉆孔測壓29黃泥（石膏）封孔二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓適用條件：封孔長度不能太長，一般10m；測壓處巖石堅硬、少裂隙；穿層鉆孔測壓。黃泥（石膏）封孔二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓適用30注漿封孔法二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓適用條件：松軟巖層或煤巷測壓；煤層群分層測壓；穿層鉆孔測壓；用于煤層孔測壓時，煤層傾角應該大于10°;鉆孔長度≥15m.注漿封孔法二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓適用條件：31膠圈粘液封孔適用條件：松軟巖層穿層鉆孔測壓或煤巷測壓；鉆孔長度≤15m。二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓膠圈粘液封孔適用條件：二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測32液壓封孔適用條件：封孔長度不能太長，一般10m；測壓處巖石堅硬、少裂隙；穿層鉆孔測壓。二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓液壓封孔適用條件：二、煤層瓦斯壓力測定

（2）井下鉆孔測壓33測壓地點選擇：同一地點應打兩個測壓鉆孔，鉆孔口距離應在其相互影響范圍外，其見煤點的距離除石門測壓外應不小于20m；除在煤巷中測定本煤層瓦斯壓力外，測定地點應選擇在石門或巖巷中；鉆孔應避開地質(zhì)構造裂隙帶、巷道的卸壓圈和采動影響范圍；測定煤層原始瓦斯壓力的見煤點應避開地質(zhì)構造裂隙帶、巷道、采動及抽放等的影響范圍；選擇瓦斯壓力測定地點應保證有足夠的封孔深度；瓦斯壓力測定地點宜選擇在進風系統(tǒng)，行人少且便于安設保護柵欄的地方。

二、煤層瓦斯壓力測定測壓地點選擇：二、煤層瓦斯壓力測定34測定方法的選擇：測壓處巖石堅硬、少裂隙，可采用黃泥、水泥封孔測壓法。在松軟巖層及煤巷中測定煤層的瓦斯壓力時，鉆孔長度≤15m時應采用膠囊一密封粘液封孔測壓法；鉆孔長度＞15m時應采用注漿封孔測壓法。豎井揭煤可采用注漿封孔測壓法。測定鄰近煤層的瓦斯壓力或煤層群分層測壓應采用注漿封孔測壓法。測壓時間充足時，宜采用被動測壓法。測壓時間緊迫時，應采用主動測壓法。二、煤層瓦斯壓力測定測定方法的選擇：二、煤層瓦斯壓力測定35封孔深度：（1）封孔深度應超過鉆孔施工地點巷道的影響范圍，并滿足以下要求:

⊙黃泥、水泥封孔測壓法的封孔深度應不小于5m；⊙膠囊一粘液封孔測定本煤層瓦斯壓力的封孔深度應不小于10m；⊙注漿封孔測壓法的封孔深度不小于12m，煤層群分層測壓時則應封堵至被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板；（2）應盡可能加長測壓鉆孔的封孔深度。（3）本煤層測壓孔封孔應保證其測壓氣室長不小于1.5m，穿層測壓孔的封孔不宜超過被測煤層在鉆孔側(cè)的頂板或底板。二、煤層瓦斯壓力測定封孔深度：二、煤層瓦斯壓力測定36Ⅰ類瓦斯壓力恢復曲線二、煤層瓦斯壓力測定瓦斯壓力測值可靠性判斷：Ⅰ類瓦斯壓力恢復曲線二、煤層瓦斯壓力測定瓦斯壓力測值可靠性判37Ⅱ