煤层瓦斯含量直接测定法研究

煤层瓦斯含量直接测定法研究淮南矿业集团顾桥煤矿中国矿业大学安全学院2013年12月17日目录1前言2煤层瓦斯含量直接测定理论3煤储层含气量与瓦斯压力测定技术及方法4现场实验结果分析5结论与展望1、前言煤层甲烷是煤矿瓦斯突出、爆炸灾害之源，也是一项洁净能源。中国政府十分重视煤矿瓦斯治理与开发利用，先后制定颁布了一系列法规和技术标准，促进了瓦斯治理与开发利用工作。中国煤矿瓦斯防治与开发利用相关技术标准GB/T23250-2009煤层瓦斯含量井下直接测定方法GB/T19560-2008煤的高压等温吸附试验方法AQ1047-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法……GB/T23250-2009煤层瓦斯含量井下直接测定方法简介：通过向煤层钻孔取芯，井下测定煤样解吸瓦斯量及损失量、地面测定煤样解吸瓦斯量、粉碎煤样测定解吸瓦斯量及残余瓦斯量，得到煤层含气量。特点：直接测定原地煤层煤样解吸瓦斯量，方法简单、可靠。缺点：需要定点取芯，取芯设备复杂费时；真空脱气解吸，漏气及误差难于控制。GB/T19560-2008煤的高压等温吸附试验方法简介：将平衡水分一定粒度的煤样置于密封容器中，等温条件下测定煤样在不同压力下的平衡吸附气体量，经过回归分析求出吸附常数VL和PL及等温吸附方程：特点：测定饱和水分煤样等温吸附曲线。缺点：需要将煤样饱和水分，脱离了不同煤层煤样水分的实际情况。AQ1047-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法简介：通过穿层钻孔、注浆封堵裂隙后，再穿层钻孔通过目标煤层，最后采用水泥砂浆、或胶囊等封孔材料封孔，测定目标煤层的瓦斯压力。特点：直接测定目标煤层瓦斯压力上升曲线。缺点：针对复杂条件，需要3次钻孔、3次注浆封孔；测定钻孔的成功率低，一般＜50%；测压钻孔费时、费力。煤储层含气量与瓦斯压力测定方法基于国标《GB/T23250-2009煤层瓦斯含量井下直接测定方法》、《GB/T19560-2008煤的高压等温吸附试验方法》，通过淮南井下煤层钻孔煤样的大量解吸实验和地面解吸、等温吸附实验，提出解决井下含水分煤样解吸瓦斯规律、快速粉碎脱气、重复性好、含气量及瓦斯压力误差可控等关键技术的《煤储层含气量与瓦斯压力测定方法》。2煤层瓦斯含量直接测定理论2.1煤的容渗性实验研究2.2双重孔隙介质模型2.3煤块瓦斯涌出理论2.1煤的容渗性实验研究采用宏观观测和测定煤样割理及渗透率，并结合扫描电镜、透视电镜、压汞仪和等温吸附仪分析孔隙的微观结构，定性和定量分析煤的容积性（含气量）和渗透性特征。2.2双重孔隙介质模型煤层一般由割理和割理切割的基岩煤块组成双重孔隙体系图2-1煤的双重孔隙结构2.3煤屑瓦斯涌出理论煤层一般由割理和割理切割的煤岩基块组成双重孔隙体系。基岩煤块中以微孔为主，是瓦斯吸附储存空间。而割理则是气体流动的主要通道。准稳定流煤块瓦斯运移方程及定解条件方程式的解析解：方程式的物理意义：当煤屑开始解吸甲烷后，达到解吸时间τ，约有63%的可解吸甲烷解吸出来。煤层煤样的解吸时间在数小时至几百天。顾桥北一13-1轨道下山水力压裂钻孔煤芯解吸瓦斯的理论曲线（无量纲）顾桥北一13-1轨道下山水力压裂钻孔煤芯解吸瓦斯的理论曲线3煤储层含气量与瓦斯压力测定技术及方法3.1国内外研究现状3.2测定技术与方法3.3试验区概况3.4钻孔煤样解吸瓦斯规律3.5数据处理与实验结果3.1国内外研究现状直接测定煤层瓦斯含量与瓦斯压力，制定相关测定与评价方法的标准体系。将对煤矿瓦斯治理、开发利用具有重大的理论意义和应用价值。国外研究现状直接法测定煤层瓦斯含量方法最初是由法国贝尔塔等人在1970年提出的，主要用来估算井下水平钻孔煤芯的含气量。1973年美国矿业局将贝尔塔方法进行改进，用于地面垂直钻井取芯的瓦斯含量测定，并规范采样操作过程。因此，该方法又称为美国矿业局直接法，并得到推广应用。国内研究现状国内直接法测定煤层瓦斯含量技术方法沿用了美国矿业局直接法，只是改进了残余脱气方法。但对含水煤样的瓦斯解吸规律缺乏深入的实验研究，全钻孔全煤芯取样解吸瓦斯实验技术需要进一步的完善。主要试验研究内容原始煤层水分条件下的钻孔煤芯瓦斯解吸规律实验穿层全钻孔全煤芯取样解吸瓦斯实验技术取样煤芯解吸瓦斯实验室实验技术3.2测定技术及方法3.2.1井下煤样解吸瓦斯量与损失瓦斯量3.2.2地面煤样解吸瓦斯量3.2.3粉碎煤样解吸瓦斯量3.2.4不可解吸瓦斯量3.2.1井下煤样解吸瓦斯量与损失瓦斯量解吸时间2小时以内的解吸实验方程为：瓦斯解吸速度方程为：采用作图法可以求出损失瓦斯量，如图所示。煤的损失瓦斯量也可以用Excel 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的做图和数据处理功能得到3.2.2地面煤样解吸瓦斯量采用排水集气法测定瓦斯量。如下图所示。3.2.3粉碎煤样解吸瓦斯量将研磨钵内的煤样称重后，放在研磨机上，并压紧。启动研磨机，研磨机振动粉碎煤样并脱气，记录排水的体积和时刻。3.2.4不可解吸瓦斯量大气压下煤样不可解吸瓦斯含量，可用低压吸附试验法确定。实验煤样瓦斯含量计算公式：3.3试验区概况---3.4钻孔煤样解吸瓦斯规律3.4.1顾桥矿北一采区钻孔13-1煤层煤芯顾桥矿北区13-1顺层钻孔1#2#孔深20米1#2#孔深30米1#2#孔深40米顾桥矿北区13-1穿层钻孔全样1-5mm1#孔深25米全样1-5mm2#孔深23米＜5＞5mm3#孔深31米顾桥矿北区13-1穿层钻孔1-5＞5mm4#孔深25米5#孔深30米＜5mm5#孔深30米全样3.4钻孔煤样解吸瓦斯规律3.4.2顾桥矿南二采区钻孔11-2煤层煤芯顾桥矿南区11-2顺层3#钻孔孔深孔深20米40米孔深孔深30米50米3.4钻孔煤样解吸瓦斯规律3.4.3丁集矿东区钻孔13-1煤层煤芯丁集矿东区13-1穿层钻孔1#孔32米33米2#孔33米34米3#孔40米41米丁集矿东区13-1穿层钻孔4#孔80米81米5#孔80米81米3.4钻孔煤样解吸瓦斯规律3.4.4丁集矿西区钻孔11煤层煤芯丁集矿西区11-3穿层1#孔孔深6米11-2顺层2#孔10米21米11-1穿层3#孔32米3.5地面解吸与粉碎煤样解吸瓦斯程序（1）采用排水集气法测定解吸瓦斯量。将煤样罐的出气口用胶管连接到水量关的进气口，打开煤样罐阀门和秒表，记录排水的体积(cm3)和时刻（min）。当煤样罐的出气量小于2cm3/min时，得到煤样粉碎前解吸瓦斯量。（2）快速打开煤样罐盖，取出200g煤样，装入研磨钵内。将研磨钵内的煤样称重后，放在研磨机上，并压紧。启动研磨机，研磨机振动粉碎煤样并脱气，记录排水的体积和时刻。3.6数据处理程序（1）将煤样解吸得到的气体体积换算为标准状态下体积（2）煤层自然瓦斯成分计算（3）各阶段瓦斯体积换算（4）各阶段气体体积计算（5）煤层可解吸瓦斯含量计算3.7粉碎煤样等温吸附实验将研磨仪粉碎60--80目粒度的120g煤样置于密封容器中，等温条件下测定煤样在不同压力下的平衡吸附气体量，经过回归分析求出吸附常数VL和PL及等温吸附方程：4现场实验结果分析4.1淮南矿区现场实验结果统计分析4.2顾桥矿南区现场实验结果4.2顾桥矿南区现场实验结果4.2顾桥矿南区现场实验结果13-1煤样(左)11-2煤样(右)30℃等温吸附曲线与孔隙结构分析曲线5#钻孔30m处M26煤芯的瓦斯含量为：4.2顾桥矿北区现场实验结果5#钻孔30m处M28煤芯的瓦斯含量为：5#钻孔30m处煤芯M26、M28平行样品的瓦斯含量平均值为：q＝(6.353+6.337)／2＝6.35(cm3/g)4.2顾桥矿北区现场实验结果项目系统研究了钻孔煤芯解吸瓦斯规律和瓦斯含量测定技术。达到了合同规定的考察指标：（1）井下取样现场的每个煤芯解吸瓦斯实验1小时以上，13-1煤层和11-2煤层的现场煤芯解吸瓦斯实验样品各5个以上；（2）穿层钻孔每1米取煤芯一次，连续取样2～3个。顺层钻孔每隔10米取煤芯一次，间隔取样2～3次；（3）实验室解吸瓦斯实验和脱气实验，保证实验数据的完整性。5结论及展望5结论及展望5.1结论（1）通过大量现场解吸实验，得到原始煤层水分条件下的钻孔煤芯瓦斯解吸规律：解吸速度方程：（2）独创全煤芯取样解吸瓦斯实验技术，具有数字显示精度高，直观方便等优势；（3）完善了粉碎煤芯解吸瓦斯实验室实验，更加快捷、准确的测定粉碎煤芯解吸瓦斯量；（4）制定了煤层瓦斯含量直接测定方法的企业标准。6.2展望（1）解吸法可以快速取得煤层瓦斯成分及瓦斯含量资料,测定方法也比较简单，对测定地点要求不高。影响其测定精度的主要因素是怎样保证采样过程中损失瓦斯量最小,或者是如何精确估算这部分损失瓦斯量（不同矿区煤层）。（2）煤储层含气量与瓦斯压力快速测定方法,可为煤矿瓦斯涌出量预测、瓦斯抽采利用、煤与瓦斯突出预测提供简便适用的测试方法。（3） 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 — 采购 采购部分工政府采购法87号令广东省政府采购政府采购法及采购员下一步工作计划 —物流—仓储—集成—服务。谢谢！THANKS!