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1、完整版教学课件完整版教学课件第六章 瓦斯地质规律与瓦斯预测2瓦瓦 斯斯 地地 质质 学学第六章第六章瓦斯地质规律与瓦斯预测瓦斯地质规律与瓦斯预测第六章第六章 瓦斯地质规律与瓦斯预测瓦斯地质规律与瓦斯预测 第一节第一节 瓦斯基础参数测试方法瓦斯基础参数测试方法 第二节第二节 瓦斯含量预测瓦斯含量预测 第三节第三节 矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测 第四节第四节 煤与瓦斯突出危险性预测煤与瓦斯突出危险性预测 第五节第五节 瓦斯防治相关文件及防治措施瓦斯防治相关文件及防治措施第六章第六章 瓦斯地质规律与瓦斯预测瓦斯地质规律与瓦斯预测 第一节第一节 瓦斯基础参数测试方法瓦斯基础参数测试方法 第二节
2、第二节 瓦斯含量预测瓦斯含量预测 第三节第三节 矿井瓦斯涌出量预测矿井瓦斯涌出量预测 第四节第四节 煤与瓦斯突出危险性预测煤与瓦斯突出危险性预测 第五节第五节 瓦斯防治相关文件及防治措施瓦斯防治相关文件及防治措施掌握煤层瓦斯压力、和瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的坚固性系数概念、采样要求、测定方法。煤层瓦斯压力和含量的测定方法煤的瓦斯放散初速度测定方法煤的坚固性系数测定方法煤层透气性系数测定方法1 1、含量的、含量的四种定义四种定义单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，单位是m3/t或m3/m3煤层未受采动影响时的瓦斯含量煤层受到采动影响，已经排放出部分瓦斯，则剩余在煤层中的瓦斯含量p6.1.1
3、6.1.1 煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量测定6.1 瓦斯基础参数测试方法煤自原始瓦斯含量与在0.1MPa瓦斯压力下煤层残存瓦斯含量之差直接方法直接方法间接方法间接方法地勘方法地勘方法井下方法井下方法按方法特按方法特点分点分按应用范围分按应用范围分6.1.1 6.1.1 煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量测定6.1 瓦斯基础参数测试方法 煤层瓦斯含量井下直接测定方法（煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T 23250-2009GB/T 23250-2009）1 1 测定所需仪器测定所需仪器a a）煤样罐：罐内直径大于煤样罐：罐内直径大于60mm60mm，容积足够装煤样，容积足够装煤样400g400g以
4、上，在以上，在1.5MPa1.5MPa气压下保持气密性；气压下保持气密性；b) b) 瓦斯解吸仪：量管有效体积不小于瓦斯解吸仪：量管有效体积不小于800cm800cm3 3，最小刻度，最小刻度2cm2cm3 3；c) c) 空盒气压计；空盒气压计；d) d) 秒表；秒表；e e）穿刺针头或阀门；）穿刺针头或阀门；f) f) 温度计：温度计：050050C Cg g）真空脱气装置或常压自然解吸测定装置；）真空脱气装置或常压自然解吸测定装置；h) h) 球磨机或粉碎机；球磨机或粉碎机；i) i) 气相色谱仪：符合气相色谱仪：符合GB/T 13610GB/T 13610要求；要求；j j）天平：量程
5、不小于）天平：量程不小于1000g,1000g,感量不大于感量不大于1g;1g;k) k) 恒温器：最高工作温度（恒温器：最高工作温度（95-10095-100C C）；）；l l）水分快速测定仪）水分快速测定仪6.1 瓦斯基础参数测试方法2 2 采样采样p 采样准备：采样准备：1 1）所有用于取样的煤样罐在使用前必须进行气密性检测；气密）所有用于取样的煤样罐在使用前必须进行气密性检测；气密性检测可以通过向煤样罐注空气至性检测可以通过向煤样罐注空气至1.5MPa1.5MPa以上，关闭后搁置以上，关闭后搁置12h12h，压力不降低方可使用。不应在丝扣及胶垫上涂润滑油。，压力不降低方可使用。不应在
6、丝扣及胶垫上涂润滑油。2 2）解吸仪在使用前，将量管内灌满水，放置）解吸仪在使用前，将量管内灌满水，放置10min10min量筒水面不量筒水面不降低为合格。降低为合格。p 煤样采集煤样采集1)1)采样钻孔布置：同一地点应布置两个取样钻孔，取样点间距采样钻孔布置：同一地点应布置两个取样钻孔，取样点间距不小于不小于5m.5m.2)2)在石门或岩石巷道可打穿层钻孔取煤样，在新暴漏的煤巷中在石门或岩石巷道可打穿层钻孔取煤样，在新暴漏的煤巷中应首选煤芯采取器（简称煤芯管）或其他定点取样装置定点应首选煤芯采取器（简称煤芯管）或其他定点取样装置定点采集煤样。采集煤样。6.1 瓦斯基础参数测试方法p采样深度：
7、采样深度： 采样深度应按以下两种情况确定：采样深度应按以下两种情况确定：1 1）测定煤层原始瓦斯含量时，采样深度应超过钻孔施工地点巷）测定煤层原始瓦斯含量时，采样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：道的影响范围，并满足以下要求： a) a) 在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面的暴露时间来确在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面的暴露时间来确定，但不应小于定，但不应小于12m12m； b) b) 在石门或岩石巷道采样时，距离煤层的垂直距离应视岩性而定，但在石门或岩石巷道采样时，距离煤层的垂直距离应视岩性而定，但不应小于不应小于5m5m。2 2）抽采后煤层残余瓦斯
8、含量测定时，采样深度应符合）抽采后煤层残余瓦斯含量测定时，采样深度应符合AQ 1026AQ 1026的规定。的规定。p采样时间采样时间 采样时间是指用于瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤采样时间是指用于瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用的实际时间，不应超过样罐密封所用的实际时间，不应超过5min.5min.6.1 瓦斯基础参数测试方法p采样要求：采样要求：a a）对于柱状煤芯，采取中间不含矸石的完整的部分；）对于柱状煤芯，采取中间不含矸石的完整的部分； b) b) 对对于粉状及块状煤芯，要删除矸石及研磨烧焦部分；于粉状及块状煤芯，要删除矸石及研磨烧焦部分；c c）不应用水清洗煤样，
9、保持自然状态装入密封罐中，不可压实，）不应用水清洗煤样，保持自然状态装入密封罐中，不可压实，罐口保留约罐口保留约10mm10mm空隙；空隙；p采样记录采样记录 采样时，应同时收集以下有关参数记录在采样记录表中。采样时，应同时收集以下有关参数记录在采样记录表中。a) a) 采样地点：矿井名称、煤层名称、埋深（地面标高、底板标采样地点：矿井名称、煤层名称、埋深（地面标高、底板标高）、采样深度、钻孔方位、钻孔倾角；高）、采样深度、钻孔方位、钻孔倾角；b b）采样时间：取样开始时间、取样结束时间、装样结束时间；）采样时间：取样开始时间、取样结束时间、装样结束时间；c)c)编号：煤样罐号、样品编号。编号
10、：煤样罐号、样品编号。 6.1 瓦斯基础参数测试方法3 井下自然解吸瓦斯量测定井下自然解吸瓦斯量测定 a）井下自然解吸瓦斯量采用排水集气法，）井下自然解吸瓦斯量采用排水集气法，瓦斯解吸仪与煤样罐连接见图瓦斯解吸仪与煤样罐连接见图1； b) 每间隔一定时间记录量管读书及测定时每间隔一定时间记录量管读书及测定时间，连续观测（间，连续观测（60120）min或解吸量小于或解吸量小于2cm2/min为止，开始观测前为止，开始观测前30min内，间隔内，间隔1min读一次数，以后每隔（读一次数，以后每隔（25）min读一次读一次数，将观测结果填写到测定记录表中（见附数，将观测结果填写到测定记录表中（见附
11、录录B），同时节理气温、水温及大气压力。），同时节理气温、水温及大气压力。 c)测定结束后，密封煤样罐，并将煤样罐测定结束后，密封煤样罐，并将煤样罐沉入清水中，仔细观测沉入清水中，仔细观测10min，如果发现有，如果发现有气泡冒出，则该试样作废应重新测试；如果气泡冒出，则该试样作废应重新测试；如果不漏气，送实验室继续测定。不漏气，送实验室继续测定。 6.1 瓦斯基础参数测试方法解吸仪解吸仪 1-水箱 2-量管 3-螺旋夹 4-吸气球 5-温度计 6-弹簧夹 7-胶管 8-穿刺针头 9-密封罐195876234 6.1 瓦斯基础参数测试方法4 4 煤的残存瓦斯含量测定方法煤的残存瓦斯含量测定方法
12、(1)试验室脱气与气体分析。试验室脱气与气体分析。试样送到试验室后脱气，加热至试样送到试验室后脱气，加热至95度真度真空抽出气体进行色谱分析。空抽出气体进行色谱分析。 (2)煤样粉碎。煤样粉碎。煤样脱气结束后，打开真空罐取出煤样，放进密封球煤样脱气结束后，打开真空罐取出煤样，放进密封球磨罐进行粉碎。要求粉碎后煤样绝大部分（磨罐进行粉碎。要求粉碎后煤样绝大部分（80%以上）的粒度以上）的粒度在在0.25mm以下。以下。(3)粉碎后脱气与气体分析。粉碎后脱气与气体分析。将装有已粉碎煤样的密封球磨罐进行加将装有已粉碎煤样的密封球磨罐进行加热和真空脱气，方法同步骤（热和真空脱气，方法同步骤（1），直到
13、基本上无气体解吸为止），直到基本上无气体解吸为止。(4)煤样称重与工业分析。煤样称重与工业分析。(5)煤中残存瓦斯量计算。煤中残存瓦斯量计算。6.1 瓦斯基础参数测试方法 6.1 瓦斯基础参数测试方法 试验和理论分析结果表明，煤样在刚开始暴露的一段时间内，累计试验和理论分析结果表明，煤样在刚开始暴露的一段时间内，累计解吸的瓦斯量与煤样解吸时间的平方根成正比例，即：解吸的瓦斯量与煤样解吸时间的平方根成正比例，即：式中式中 V Vz z煤样自暴露时起到解吸测定进行时间为煤样自暴露时起到解吸测定进行时间为t t时的瓦斯总解吸体积，时的瓦斯总解吸体积，mlml； t t0 0煤样在解吸测定前的暴露时间
14、，煤样在解吸测定前的暴露时间，minmin；t t1 1提钻时间，据经验煤样在钻孔的暴露时间取为，提钻时间，据经验煤样在钻孔的暴露时间取为，minmin； t t2 2解吸测定前煤样在地面的暴露时间，解吸测定前煤样在地面的暴露时间，minmin； t t煤样解吸测定的时间，煤样解吸测定的时间，minmin； k k比例常数，。比例常数，。ttkVz021021ttt6.1 瓦斯基础参数测试方法5 5 井下解吸损失量计算井下解吸损失量计算 解吸测定测出的瓦斯解吸量解吸测定测出的瓦斯解吸量V V仅仅为煤样总解吸量为煤样总解吸量V Vz z的一部分，仅是的一部分，仅是t t0 0到到t t那部分解吸
15、量，解吸测定前煤样那部分解吸量，解吸测定前煤样在暴露时间在暴露时间t t0 0时已损失的瓦斯量时已损失的瓦斯量 由此由此现场应用来看，损失瓦量量占煤样现场应用来看，损失瓦量量占煤样总瓦斯量的总瓦斯量的10%10%50%50%。应尽量减少。应尽量减少煤样的暴露时间，尽量选取较大粒煤样的暴露时间，尽量选取较大粒度的煤样，以减小瓦斯损失量在煤度的煤样，以减小瓦斯损失量在煤样总瓦斯量中所占的比重。样总瓦斯量中所占的比重。0tkVz20VttkV6.1 瓦斯基础参数测试方法 6 6 瓦斯含量计算。瓦斯含量计算。GVVVVX43210X0煤样的原始瓦斯含量，ml/g;V1煤样解吸测定中累计解吸出的瓦斯体积
16、，ml；V2计算出的瓦斯损失量，ml；V3煤样粉碎前的脱出量，ml；V4煤样粉碎后的脱出量，ml；G煤样重量，g；6.1 瓦斯基础参数测试方法 瓦斯含量测定存在问题：瓦斯含量测定存在问题： 瓦斯损失量补偿问题没有解决瓦斯损失量补偿问题没有解决 构造煤瓦斯含量测定方法没有解决构造煤瓦斯含量测定方法没有解决 合理取样深度的确定合理取样深度的确定 煤样暴露时间的计算煤样暴露时间的计算 钻屑深度不能保证钻屑深度不能保证 煤样暴露时间长煤样暴露时间长 操作上的一些原因，导致密封灌漏气等，也是瓦斯含量操作上的一些原因，导致密封灌漏气等，也是瓦斯含量测定值偏低的一个非常重要的原因测定值偏低的一个非常重要的原
17、因 6.1 瓦斯基础参数测试方法井下煤层瓦斯含量快速测定井下煤层瓦斯含量快速测定 无论是钻屑解吸法无论是钻屑解吸法A A或或B B，均要计算取样损失量、残存，均要计算取样损失量、残存量这些测定需要在专门的实验室完成，因此测定周期长。量这些测定需要在专门的实验室完成，因此测定周期长。为了实现井下煤层瓦斯含量快速测定，抚顺分院在为了实现井下煤层瓦斯含量快速测定，抚顺分院在1993199319951995年期间提出了一种新的钻屑解吸法年期间提出了一种新的钻屑解吸法钻屑解吸法钻屑解吸法(C)(C)，研制了研制了WP-1WP-1型井下煤层瓦斯含量快速测定仪。型井下煤层瓦斯含量快速测定仪。即煤中瓦斯即煤中
18、瓦斯在第在第1 1分钟的解吸速度分钟的解吸速度V V1 1值与煤的瓦斯含量成线性关系。值与煤的瓦斯含量成线性关系。计算公式：计算公式：式中式中X煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量，ml/g；a、b反映反映X与与V1间特征常数，不同煤层值不同；间特征常数，不同煤层值不同； V1单位质量在脱离煤体单位质量在脱离煤体1min时瓦斯解吸速度，时瓦斯解吸速度，ml/（gmin）1XabV6.1 瓦斯基础参数测试方法工作原理：工作原理：根据煤中瓦斯的解吸规律反推V1值，再根据某种煤样不同瓦斯含量与V1值关系W=a+bV1，通过现场测定V1值求得瓦斯含量W。TVtteVV11V11baVWV1WV1W6.1 瓦斯基
19、础参数测试方法 河南理工大学研制的CHP50M型煤层瓦斯含量快速测定仪采用双流量传感器智能识别自动切换技术，使煤层瓦斯流量测定范围增加到700ml/min，解决了不同煤层（特别是突出煤层）初始解吸速度大的难题，能够满足最大瓦斯含量50m3/t的测定 。 快速测定仪采用井下实测，测定周期仅需2030min。6.1 瓦斯基础参数测试方法 和传统的瓦斯含量测试仪器和传统的瓦斯含量测试仪器相比，实现了瓦斯含量测定的自相比，实现了瓦斯含量测定的自动、快速、现场测定，无需残余动、快速、现场测定，无需残余瓦斯量测试。采用充电电池供电，瓦斯量测试。采用充电电池供电，充电后可以在井下连续工作充电后可以在井下连续
20、工作8 8个个小时以上，自动存储小时以上，自动存储1010个瓦斯含个瓦斯含量的测定数据。量的测定数据。 6.1 瓦斯基础参数测试方法技术关键：技术关键：瓦斯解吸速度V的准确测定 煤样中瓦斯在解吸过程中，解吸速度的量值范围极宽，从0.5ml/min600ml/min，用一个流量传感器无法实现，如果兼顾低流速，则往往遇到高流速时就会因超出其检测范围而产生很大的误差；如果选用高流量传感器，则无法测定低流速值，导致V1推算不准，严重影响瓦斯含量W的测定。 采用双流量传感器（高流速、低流速）职能识别自动切换设计，可满足0.5ml/min700ml/min的宽范围准确测定。 目前，已取得防爆合格证和MA认
21、证，正在办理生产许可证。6.1 瓦斯基础参数测试方法煤层可解吸瓦斯含量测定煤层可解吸瓦斯含量测定 原理是根据煤的瓦斯解吸规律来补偿采样过程中损失的瓦斯量。原理是根据煤的瓦斯解吸规律来补偿采样过程中损失的瓦斯量。煤的可解吸瓦斯含量等于煤的原始含量与煤的可解吸瓦斯含量等于煤的原始含量与0.1MPa瓦斯压力下煤的残瓦斯压力下煤的残存瓦斯含量之差，它的实际意义大致代表煤在开采过程中在井下可存瓦斯含量之差，它的实际意义大致代表煤在开采过程中在井下可能泄出的瓦斯量。能泄出的瓦斯量。 6.1 瓦斯基础参数测试方法煤层瓦斯含量间接测定方法煤层瓦斯含量间接测定方法 1.1.根据瓦斯压力和煤吸附等温曲线确定瓦斯含
22、量根据瓦斯压力和煤吸附等温曲线确定瓦斯含量式中式中 X煤层原始瓦斯含量，煤层原始瓦斯含量，m3/t； p煤层瓦斯压力，煤层瓦斯压力，MPa；a吸附常数，试验温度下煤的极限吸附量，吸附常数，试验温度下煤的极限吸附量，m3/t；b吸附常数，吸附常数，MPa-1；ts试验室作吸附试验的温度，试验室作吸附试验的温度，；t井下煤体温度，井下煤体温度，；Mad煤中水分，煤中水分，%；Aad煤的灰分，煤的灰分，%； 煤的孔隙率，煤的孔隙率，m3/ m3 ； 煤的视密度，煤的视密度，t/ mt/ m3 3。6.1 瓦斯基础参数测试方法PMMAbPabPXadadd1031. 0111001001 2 2. .
23、 含量系数法含量系数法 中国矿业大学周世宁提出：中国矿业大学周世宁提出：式中式中XX煤层瓦斯含量，煤层瓦斯含量，m m3 3/t/t；pp煤层瓦斯压力，煤层瓦斯压力，MPaMPa； 煤的瓦斯含量系数，煤的瓦斯含量系数， Xp2133/MPamm6.1 瓦斯基础参数测试方法(1)(1)在掘进巷道的新鲜暴露煤面，用煤电钻打眼采煤样，煤样粒在掘进巷道的新鲜暴露煤面，用煤电钻打眼采煤样，煤样粒度为度为0.10.10.2mm0.2mm，重量为，重量为606075g75g，装入密封罐。，装入密封罐。(2)(2)用井下钻孔自然涌出的瓦斯作为瓦斯源，用特制的高压打气用井下钻孔自然涌出的瓦斯作为瓦斯源，用特制的
24、高压打气筒，将钻孔涌出的瓦斯打入密封罐内。为了排除气筒和罐内残存筒，将钻孔涌出的瓦斯打入密封罐内。为了排除气筒和罐内残存的空气，应先用瓦斯清洗气筒和煤样罐数次，然后向煤样正式注的空气，应先用瓦斯清洗气筒和煤样罐数次，然后向煤样正式注入瓦斯。特制打气筒打气最高压力达入瓦斯。特制打气筒打气最高压力达2.5MPa2.5MPa时，即可满足测定含时，即可满足测定含量系数的要求。量系数的要求。(3)(3)煤样罐充气达煤样罐充气达2.0MPa2.0MPa以上时，即关闭罐的阀门，然后送入试以上时，即关闭罐的阀门，然后送入试验室在简易测定装置上测定调至不同平衡瓦斯压力下煤样所解吸验室在简易测定装置上测定调至不同
25、平衡瓦斯压力下煤样所解吸出的瓦斯量。最后按式求出平均的煤的瓦斯含量系数出的瓦斯量。最后按式求出平均的煤的瓦斯含量系数值。值。 6.1 瓦斯基础参数测试方法 波兰提出：量 在正常作业的掘进工作面，在煤壁暴露在正常作业的掘进工作面，在煤壁暴露30min30min后，从煤层顶部和底后，从煤层顶部和底部各取一个煤样，装入密封罐，送入试验室测定煤的残存瓦斯含量。部各取一个煤样，装入密封罐，送入试验室测定煤的残存瓦斯含量。如工作面煤壁暴露时间已超过如工作面煤壁暴露时间已超过30min30min，则采样时应把工作面煤壁清除，则采样时应把工作面煤壁清除0.20.20.3m0.3m深，再采煤样。深，再采煤样。(
26、1)(1)当实测煤的残存量小于当实测煤的残存量小于3m3m3 3/t/t。(2)(2)当实测煤的残存量大于当实测煤的残存量大于3m3m3 3/t/t。X X0 0纯煤原始瓦斯含量，纯煤原始瓦斯含量，m m3 3/t/t；X Xc c实测煤的残存瓦斯含量，实测煤的残存瓦斯含量，m m3 3/t/t。6.1 瓦斯基础参数测试方法 直接测定法与间接测定法的比较直接测定法与间接测定法的比较直接测定法直接测定法煤样不需要密封，采样方法简单需要实测煤层瓦斯压力，且各种测量误差会叠加到最终结果中去避免了间接测定法测定许多参数时的测量误差煤样在采取过程中难免有部分瓦斯散失，需要建立补偿瓦斯损失量的方法间接测定
27、间接测定6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.2 6.1.2 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定煤层中瓦斯所具有的气体压力煤层中瓦斯所具有的气体压力( (游离瓦斯游离瓦斯) )，单位，单位MPaMPa。当煤层未受采动影响而处于原始赋存状态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，单位为时，煤中平衡瓦斯压力称之为煤层原始瓦斯压力，单位为MPaMPa（兆帕）。（兆帕）。当煤层受采动影响涌出一部分瓦斯后，此当煤层受采动影响涌出一部分瓦斯后，此时煤层中残留瓦斯的压力大小称之为煤层残存瓦斯压力，单时煤层中残留瓦斯的压力大小称之为煤层残存瓦斯压力，单位为位为MPaMPa
28、。煤层的残存瓦斯压力总小于原始瓦斯压力。煤层的残存瓦斯压力总小于原始瓦斯压力。煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定：煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定：指在煤矿井下通过测定指在煤矿井下通过测定钻孔及相应测定方法直接测量煤层瓦斯压力的过程。钻孔及相应测定方法直接测量煤层瓦斯压力的过程。6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.2 6.1.2 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定1.1.直接测定法直接测定法(1)(1)分类分类按测压时是否向测压钻按测压时是否向测压钻孔内注入补偿气体孔内注入补偿气体被动测压法被动测压法主动测压法主动测压法按封孔方法及材料按封孔方法及材料填料封孔测压填料封孔测压封孔器封孔测压封孔器封孔
29、测压- - 胶圈（胶囊）封孔器胶圈（胶囊）封孔器胶圈胶圈- -密封粘液封孔密封粘液封孔 上行孔上行孔下行孔下行孔平行孔平行孔6.1 瓦斯基础参数测试方法 打完钻孔后，先用水清洗钻孔再向孔内放置带有压力表接头的测压管，管径约为6-8mm，长度不小于6m，最后用充填材料封孔。6.1 瓦斯基础参数测试方法前端筛管前端筛管压力表压力表钻孔钻孔5075mm测压管测压管610mm木锲木锲填充材料填充材料挡料圆盘挡料圆盘不小于不小于8m测压仪表：压力表：量程为预计煤层瓦斯压力的1.5倍，精度 优于1.5级， 工具：管钳、扳手、剪刀、皮尺、水桶、螺丝刀等。6.1 瓦斯基础参数测试方法 封孔器封孔法胶圈封孔器法
30、优点：简便易行，封孔器可重复使用。缺点：封孔深度小，且要求封孔段岩石必须致密、完整。6.1 瓦斯基础参数测试方法 封孔器封孔法胶圈压力粘液封孔器法优点：封孔段长度大，压力粘液可渗入封孔段岩（煤）体裂隙，密封效果好。6.1 瓦斯基础参数测试方法胶圈封孔系统和粘液加压系统q6.1.2 6.1.2 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定（2 2）测压地点选择）测压地点选择优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无断层、裂隙等地质构造处，其瓦斯赋存状况要具有代表断层、裂隙等地质构造处，其瓦斯赋存状况要具有代表性；性；应避开含水层、溶洞，并且保证测压钻孔与
31、其距离不小应避开含水层、溶洞，并且保证测压钻孔与其距离不小于于50m50m；应避开采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响范围，并保应避开采动、瓦斯抽采及其他人为卸压影响范围，并保证测压钻孔与其距离不小于证测压钻孔与其距离不小于50m50m；测压地点应保证测压钻孔有足够的封孔深度；测压地点应保证测压钻孔有足够的封孔深度；宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.2 6.1.2 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定（3 3）测定钻孔施工）测定钻孔施工钻孔直径宜为钻孔直径宜为656595mm95mm，钻孔长度应保证测
32、压所需的封孔深度；，钻孔长度应保证测压所需的封孔深度；钻孔开孔位置应选择在岩石完整的地点；钻孔开孔位置应选择在岩石完整的地点；钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层钻孔除特厚煤层外应钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层钻孔除特厚煤层外应穿透煤层全厚，对于特厚煤层测压钻孔应进入煤层穿透煤层全厚，对于特厚煤层测压钻孔应进入煤层1.5m1.5m3.0m3.0m；施工好后，应立即用压风或清水清洗钻孔，清除钻屑；施工好后，应立即用压风或清水清洗钻孔，清除钻屑；钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中的长度，钻孔开钻
33、时间、见煤时间及钻毕时间。度及钻孔在煤层中的长度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。施工前要制定详细的技术及安全措施。施工前要制定详细的技术及安全措施。6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.2 6.1.2 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定（4 4）钻孔封孔）钻孔封孔封孔工作应在施工后封孔工作应在施工后24h24h内完成，封孔后内完成，封孔后24h24h之后进行测定工作；之后进行测定工作；根据选用的封孔方法，在封孔前准备好封孔材料、仪表、工具，根据选用的封孔方法，在封孔前准备好封孔材料、仪表、工具，并检测测压管是否畅通及其与压力表联接的气密性；并检测测压管是否畅通及其与压力表联接的气密性；钻孔为
34、下向孔时应及时将钻孔内积水排除。钻孔为下向孔时应及时将钻孔内积水排除。封孔深度应超过测压钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下封孔深度应超过测压钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求要求应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。应尽可能加长测压钻孔的封孔深度。6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.2 6.1.2 煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力测定（5 5）测定、观测与测定结果确定）测定、观测与测定结果确定采用主动测压时，只在第一次测定时向测压钻孔充入补偿气体，补偿气体的充气压力宜为预计采用主动测压时，只在第一次测定时向测压钻孔充入补偿气体，补偿气体的充气压力宜为预计压力的压力的0.50.5倍；倍；采用
35、主动测压应每天观测采用主动测压应每天观测1 1次，被动测压至少次，被动测压至少3 3天观测天观测1 1次；次；采用主动测压，当煤层瓦斯压力小于采用主动测压，当煤层瓦斯压力小于4MPa4MPa时，其观测时间需时，其观测时间需5-10d5-10d，当瓦斯压力大于，当瓦斯压力大于4MPa4MPa时，需时，需10-20d10-20d；采用被动测压，则视煤层瓦斯压力及透气性大小的不同，其观测时间一般需采用被动测压，则视煤层瓦斯压力及透气性大小的不同，其观测时间一般需20-30d20-30d以上。以上。在观测中发现瓦斯压力值在开始测定的一周内变化较大时，应适当缩短观测时间间隔；在观测中发现瓦斯压力值在开始
36、测定的一周内变化较大时，应适当缩短观测时间间隔；将观测结果绘制在以时间为横坐标、瓦斯压力为纵坐标，当观测时间达到要求时，如压力变化将观测结果绘制在以时间为横坐标、瓦斯压力为纵坐标，当观测时间达到要求时，如压力变化在在3d3d内小于内小于0.015MPa0.015MPa，结束，否则应延长；，结束，否则应延长；同一个测压地点以最高瓦斯压力测定值作为测定结果。同一个测压地点以最高瓦斯压力测定值作为测定结果。6.1 瓦斯基础参数测试方法 2.2.间接测定法间接测定法( (朗格缪尔方程朗格缪尔方程) )l 间接测定法煤层瓦斯压力误差大，但井下操作简间接测定法煤层瓦斯压力误差大，但井下操作简单，测定时间短
37、。单，测定时间短。l 直接测压煤层瓦斯压力误差小，井下封孔困难，直接测压煤层瓦斯压力误差小，井下封孔困难，测定周期长。测定周期长。优缺点：优缺点：6.1 瓦斯基础参数测试方法PMMAbPabPXadadd1031. 0111001001 102004006008001000同一矿区，煤层瓦斯压力随深度的增加而增大00HHmPP6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.6.1. 1.3 3 瓦瓦斯斯放放散散初初速速度度测测定定(1)采样采样：新鲜煤壁新鲜煤壁250g，无烟，无烟煤煤2-3mm，其它煤种，其它煤种0.25-0.5mm，3.5g各二个，装入。各二个，装入。(2)煤样脱气：煤样脱气：真空抽真空
38、抽1.5h。(3)煤样充气：煤样充气：1标准大气压下，标准大气压下，充充CH4 1.5h。(4)测定瓦斯放散初速度：测定瓦斯放散初速度：6.1 瓦斯基础参数测试方法(5)(5)开动真空泵对仪器管道死空间进行脱气，使开动真空泵对仪器管道死空间进行脱气，使U U型管泵真空计型管泵真空计两端泵面相平。两端泵面相平。(6)(6)停止真空泵，关闭仪器死空间通往真空泵的阀门，打开试样停止真空泵，关闭仪器死空间通往真空泵的阀门，打开试样瓶的阀门，使煤样与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒瓶的阀门，使煤样与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒表计时，表计时，10s10s时关闭阀门，读出汞柱计两端汞柱差时关闭阀门
39、，读出汞柱计两端汞柱差P P1 1(mm)(mm)，45s45s时再打开阀门，时再打开阀门，60s60s时关闭阀门，再一次读出汞柱计两端时关闭阀门，再一次读出汞柱计两端汞柱差汞柱差P P2(mm)(mm)。(7)(7)瓦斯放散初速度瓦斯放散初速度P=PP=P2 2-P-P1 1，同一煤样的两个试样测出的，同一煤样的两个试样测出的P P值之差不应大于值之差不应大于1 1，否则需要重新测定，否则需要重新测定。6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.4 6.1.4 煤的坚固性系数煤的坚固性系数f f值测定值测定(1) (1) 在煤层厚度的上、下部各采集直径为在煤层厚度的上、下部各采集直径为100mm1
40、00mm煤两块，重量约煤两块，重量约1.51.52.0kg2.0kg，用塑料袋密封，作好标记送实验室。，用塑料袋密封，作好标记送实验室。(2) (2) 将井下煤样用手工破碎成将井下煤样用手工破碎成202030mm30mm粒度的煤样，分成粒度的煤样，分成50g50g一份，一份，每每5 5份为一组份为一组(250g)(250g)，共需，共需3 3组组(750g)(750g)。(3) (3) 将每份煤样放入捣碎筒内后，把将每份煤样放入捣碎筒内后，把2.4kg2.4kg的重锤提高到的重锤提高到600mm600mm高度高度并使之自由落体，每份煤样落锤冲击并使之自由落体，每份煤样落锤冲击3 3次。次。(4
41、) (4) 每组煤样捣碎后，经过筛分，把粒度为每组煤样捣碎后，经过筛分，把粒度为0.5mm0.5mm以下的粉煤倒入计以下的粉煤倒入计量筒内，轻轻敲打使之密实，插入具有刻度的活塞尺，量出粉煤量筒内，轻轻敲打使之密实，插入具有刻度的活塞尺，量出粉煤高度高度( (即粉末在计量桶内的实际高度，读至毫米即粉末在计量桶内的实际高度，读至毫米) )。6.1 瓦斯基础参数测试方法 7660090662023160175f f 值测筒及落锤值测筒及落锤 当当l 30mm 时，冲击次数时，冲击次数n，即为，即为3次，按以上次，按以上步骤继续进行其它各组测定；步骤继续进行其它各组测定； 当当l 30mm时，第一组试
42、样做废，每份试样冲时，第一组试样做废，每份试样冲击次数击次数n改为改为5次，按以上步骤进行冲击、筛分和次，按以上步骤进行冲击、筛分和测量，仍以测量，仍以5份作为一组，测定煤粉高度。份作为一组，测定煤粉高度。 按下式计算每组煤的坚固性系数按下式计算每组煤的坚固性系数f值值:式中式中 f为煤的坚固性系数；为煤的坚固性系数； n每份试样的冲击次数，次；每份试样的冲击次数，次； l每组试样筛下粉煤计量高度，每组试样筛下粉煤计量高度，m； 3 3组煤所测组煤所测f f值的算术平均值即为测定地点煤值的算术平均值即为测定地点煤样的坚固性系数。样的坚固性系数。6.1 瓦斯基础参数测试方法q6.1.5 6.1.
43、5 煤层透气性系数测定煤层透气性系数测定 煤是一种多孔介质，在一定的压煤是一种多孔介质，在一定的压力梯度下，气体和液体可以在煤体中力梯度下，气体和液体可以在煤体中流动。煤层透气性是煤层对瓦斯流动流动。煤层透气性是煤层对瓦斯流动的阻力，通常用透气性系数来表示。的阻力，通常用透气性系数来表示。透气性系数越大，瓦斯在煤层中流动透气性系数越大，瓦斯在煤层中流动越容易。越容易。 煤层透气性系数煤层透气性系数在我国普遍用的在我国普遍用的单位是单位是m2/Mpa2.d。 物理意义：物理意义：在在1米长的煤体上，当米长的煤体上，当压力平方差为压力平方差为1 Mpa2时，通过时，通过1m2煤煤层断面，每日流过的
44、瓦斯立方米数。层断面，每日流过的瓦斯立方米数。1m2/Mpa2.d相当于相当于0.025mD(毫达西毫达西)。6.1 瓦斯基础参数测试方法1m1MPaP21m1m1mm3/m2.d煤层透气性表征煤层对瓦斯流动的阻力,它反映着瓦斯沿煤层流动的难易程度，如何测定煤层透气性系数？如何判断抽放难易程度？只有知道煤层透气性系数，才能判断瓦斯抽放难易程度，进而才能为抽放设计提供依据51 3.4.13.4.1 煤层透气性及其影响因素煤层透气性及其影响因素煤的孔隙结构煤的孔隙结构煤层透气性系数及其影响因素煤层透气性系数及其影响因素煤的水分煤的水分地应力地应力煤的裂隙煤的裂隙煤的渗透率与其承受压力的关系煤的渗透
45、率与其承受压力的关系K承压煤样的渗透率，承压煤样的渗透率，cm2；K0未承压煤样的渗透率，未承压煤样的渗透率，cm2；b经验常数（由试验确定），经验常数（由试验确定），MPa1；P煤样承受的压力，煤样承受的压力， MPa。地质构造的变动或采掘时的影响、煤层的原生构造遭到破地质构造的变动或采掘时的影响、煤层的原生构造遭到破坏而生成新的裂隙和断裂，致使煤的渗透性增大。坏而生成新的裂隙和断裂，致使煤的渗透性增大。孔隙直径孔隙直径0.11m，构成瓦斯缓慢层流渗透区；孔隙直径，构成瓦斯缓慢层流渗透区；孔隙直径1100m，构成瓦斯快速层流渗透区；，构成瓦斯快速层流渗透区；0.01cm至更大的肉至更大的肉眼
46、可见孔隙和裂隙，构成层流与紊流的混合渗透区，孔隙眼可见孔隙和裂隙，构成层流与紊流的混合渗透区，孔隙直越大，则其渗透性能越好。直越大，则其渗透性能越好。煤被水湿润后，由于水分占据了煤中的孔隙，渗透率降低煤被水湿润后，由于水分占据了煤中的孔隙，渗透率降低，阻碍瓦斯流动，渗透率降低的程度与煤的水分大小有关，阻碍瓦斯流动，渗透率降低的程度与煤的水分大小有关。 F0=10-21， =A1.61B0.61 F0=110， =A1.39B0.39 F0=10102 =1.1A1.25B0.25 F0=102103， =1.83A1.14B0.137 F0=103105， =2.1A1.11B0.111 F0
47、=105107， =3.14A1.07B0.07P P0 0-煤层原始绝对瓦斯压力煤层原始绝对瓦斯压力( (表压力加表压力加0.1)0.1)，MpaMpaP P1 1-钻孔中的瓦斯压力，一般为钻孔中的瓦斯压力，一般为0.1Mpa0.1Mpa；-煤层的透气性系数，煤层的透气性系数，m m2 2/Mpa/Mpa2 2.d.d；r r1 1-钻孔半径，钻孔半径，m m；q-q-在排放时间为在排放时间为t t时，钻孔煤壁单位面积的瓦斯时，钻孔煤壁单位面积的瓦斯流量，流量，m m3 3/m/m2 2dd；X-X-煤的瓦斯含量，煤的瓦斯含量，m m3 3/m/m3 3；P-P-确定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，
48、确定煤瓦斯含量时的瓦斯压力，MpaMpa；Q-Q-时间时间t t时测出的钻孔流量，时测出的钻孔流量，m m3 3/t/t；L-L-钻孔见煤长度，一般为煤层厚度，钻孔见煤长度，一般为煤层厚度，m m；t-t-从钻孔卸压到测定钻孔瓦斯流量时间，从钻孔卸压到测定钻孔瓦斯流量时间，d d；a-a-煤层瓦斯含量系数，煤层瓦斯含量系数，01.501222011A Y= F =B 4 pqrA=, B= p -par1Qq=2 rL6.1 瓦斯基础参数测试方法测定与计算步骤上压力表前要测定钻孔瓦斯流量，并记上压力表前要测定钻孔瓦斯流量，并记录测定时间，待压力表上升到稳定的最录测定时间，待压力表上升到稳定的最
49、高值后，方可进行煤层透气性能的测定。高值后，方可进行煤层透气性能的测定。卸下钻孔上的压力表排放瓦斯、并测定卸下钻孔上的压力表排放瓦斯、并测定钻孔瓦斯流量、记录测定时间，即卸压钻孔瓦斯流量、记录测定时间，即卸压力表大量排瓦斯的时间和每次测定瓦斯力表大量排瓦斯的时间和每次测定瓦斯流量的时间，二者的时间差即为时间准流量的时间，二者的时间差即为时间准数中的值。数中的值。先用其中任一公式进行试算，计算出先用其中任一公式进行试算，计算出，再将其代入再将其代入F0B 式中校验。如式中校验。如 F0值在值在原选用的公式范围内，则计算结果正确；原选用的公式范围内，则计算结果正确；若不在，据算出的若不在，据算出的
50、F0，选公式再计算，直，选公式再计算，直至至F0值在所选用公式范围内。值在所选用公式范围内。(1)(1)打钻测定煤层瓦斯压力。打钻测定煤层瓦斯压力。(2)(2)卸压测定钻孔瓦斯流量。卸压测定钻孔瓦斯流量。(3)(3)测定煤层瓦斯含量系数。测定煤层瓦斯含量系数。(4)(4)煤层透气性系数计算方法煤层透气性系数计算方法( (径向非稳定流径向非稳定流) ) 6.1 瓦斯基础参数测试方法(1) (1) 打测压钻孔时要注意有无喷孔，如有喷孔，应测定打测压钻孔时要注意有无喷孔，如有喷孔，应测定喷出的煤量，然后折合计算孔径；喷出的煤量，然后折合计算孔径；(2) (2) 测定钻孔瓦斯流量时，可在不同时间多测几