煤层瓦斯参数测定

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1、煤层瓦斯参数测定中国矿业大学安全工程学院2013年5月杨永良副教授主要参数测定及计算一、煤层瓦斯压力测定二、煤层瓦斯含量测定三、煤层透气性系数计算四、煤层百米钻孔瓦斯流量衰减系数测试五、抽放钻孔的抽放半径测定六、排放钻孔的排放半径测定七、突出敏感指标的测定八、工作面可解吸瓦斯量测试九、煤的坚固性系数的测试一、煤层瓦斯压力测定瓦斯在煤层中赋存及流动规律瓦斯压力测定的目的和意义瓦斯压力测定技术发展概况瓦斯压力测定国家标准淮北矿区瓦斯测压难点淮北矿业集团瓦斯压力测定方法概述1.11.11.21.31.41.51.61.71.1概述指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力

2、，是决定瓦斯含量的主要因素，造成突出的重要压力之一。多年来，面对淮北矿区复杂的地址条件，经过不断的探索和创新，总结出了一套行之有效的钻孔施工和封孔方法。煤层瓦斯赋存和流动规律，总结了前人煤层瓦斯压力测定工艺，介绍了瓦斯压力测定的国家标准，详细介绍淮北矿区测压工序。1.1概述煤层瓦斯压力淮北矿区瓦斯压力测定概况本节主要内容1.2瓦斯在煤层中赋存及流动规律瓦斯的概念及来源；瓦斯的性质；瓦斯的生成。瓦斯在煤层内的存在状态；煤层瓦斯赋存的垂向分带；煤对瓦斯的吸附特性；影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素。瓦斯在煤层中运移的基本规律；煤层中瓦斯流动状态分类。1.2.1瓦

3、斯的性质及生成1.2.2煤层瓦斯赋存1.2.3煤层瓦斯运移的基本规律1.2.1瓦斯性质及其生成1、瓦斯及性质广义上讲，矿井瓦斯是井下有害气体的总称。包括：甲烷（CH4）、重烃（CnHm）、氢气（H2）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、氡（Rn）等。煤矿大部分瓦斯来自于煤层，而煤层中的瓦斯一般以甲烷为主（可达80%~90%），它是威胁矿井安全的主要危险源，所以在煤矿狭义的瓦斯专指甲烷（CH4）。甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧和爆炸的气体。其爆炸极限为5%~16%，它对人体的影响同氮相似，可使人

4、窒息。当甲烷浓度为43％时，空气中相应的氧浓度即降到12％，人感到呼吸非常急促；当甲烷浓度在空气中达57％时，相应的氧浓度被冲淡到9％，人即可处于昏迷状态，有死亡危险。1.2.1瓦斯性质及其生成2、瓦斯生成在生物化学作用成气时期是从腐植型有机物堆积在沼泽相和三角洲相环境中开始的，在温度不超过65℃条件下，腐植体经厌氧微生物分解成甲烷和二氧化碳，其模式可用下式来概括：在瓦斯生成的同时，芳香核进一步缩合，碳元素进一步集中在碳网中。随着煤化变质作用的加深，基本结构单元中缩聚芳香核的数目不断增加，到无烟煤时，主要由缩聚芳香核组成。从褐煤到无烟煤，煤的变质程度越高，

5、生成的瓦斯量也越多。1.2.2煤层瓦斯赋存1、煤层瓦斯赋存状态游离瓦斯：由于甲烷分子的自由热运动，显示出相应的瓦斯压力，这种状态的瓦斯服从气体状态方程；吸附瓦斯：存在在微孔表面上和在煤的粒子内部占据着煤分子结构的孔穴或煤分子之间的空间。煤层中瓦斯除吸附和游离状态以外，还有可能以瓦斯水化物晶体形式存在，其结构形式为xM·yH2O，其中M代表烃；固溶态等。但现有开采水平下，游离瓦斯仅占5～12％，其余为吸附瓦斯1.2.2煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带煤层瓦斯沿垂向一般可分为两个带：瓦斯风化带与甲烷带。瓦斯风化带是CO2－N2、N2与N2－CH4三个带的统称，

6、各带不仅瓦斯组分不同而且瓦斯含量也不相同。1.2.2煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：甲烷及重烃浓度之和＝80％（按体积）；瓦斯压力P＝0.1～0.15MPa；相对瓦斯涌出量qCH4＝2～3m3/t煤；煤层瓦斯含量x＝1.0～1.5m3/t可燃物（长焰煤）x＝1.5～2.0m3/t可燃物（气煤）x＝2.0～2.5m3/t可燃物（肥、焦煤）x＝2.5～3.0m3/t可燃物（瘦煤）x＝3.0～4.0m3/t可燃物（贫煤）x＝5.0～7.0m3/t可燃物（无焰煤）1.2.2煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带甲烷带：位于瓦斯风化带

7、下边界以下的属于甲烷带，煤层的瓦斯压力、瓦斯含量随埋藏深度的增加呈有规律的增长。增长的梯度，在不同煤质（煤化程度）、不同地质构造与赋存条件有所不同。瓦斯压力梯度的变化范围为0.007～0.012MPa/m，近似于静水压力值。1.2.2煤层瓦斯赋存3、煤对瓦斯的吸附特性煤是一种天然的吸附剂，具有良好的吸附性能。煤对瓦斯的吸附属于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之间的作用力是剩余的表面自由力（范德华引力）。在一定条件下，瓦斯还可以从煤中解吸出来，吸附与解吸是可逆的。1.2.2煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素压力与温度：煤层瓦斯压力越大，其含量越高；温度温度每升

8、高1℃，吸附瓦斯的能力降低约8％。水分：1.2.2煤层瓦斯赋存4、