[发明专利]煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法

摘要

本发明涉及煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其步骤如下：井下煤芯取样；井下测定和计算煤芯瓦斯损失量；地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量；计算煤芯可解吸瓦斯含量。本发明具有以下优点：即可测定煤层可解吸瓦斯含量，具有测定工程量相对较小，测定成本较低，测定周期短，测定时间少于8小时，测定可靠性和准确率较高，可进行大量测点的测量，利用该方法测定的煤层可解吸瓦斯含量可更好地用于煤层突出危险性工作面及区域预测、预抽瓦斯效果评价以及矿井煤层瓦斯涌出量预测等。

主权项

1.煤层可解吸瓦斯含量的直接快速测定方法，其步骤如下：(1)井下煤芯取样；a、钻孔布置，在井下工作面选择巷帮布置钻孔、或者迎头走向布置钻孔、或者在底板巷道区穿层布置钻孔；b、钻孔，按照设计好的钻孔倾角、方位、深度和孔径，用钻机施工钻孔，钻完后尽量排尽孔内残粉，然后快速退出钻具；c、取煤芯，用钻杆带上取芯管快速下到孔底，并在下取芯管的同时，打开压风到最大；取芯管下到孔底后，调整钻进参数，进行取样钻进，同时记录起钻时间；钻进过程可用水力排渣、或风水联动排渣，钻进至取芯管装满为止，记录钻进结束时间；快速退出取芯管，将所取煤样进行适当分选，装进煤样筒，记录煤样筒密封时间；(2)井下测定和计算煤芯瓦斯损失量；a、测量井下测试地点的压力和温度，用空盒气压计和温度计测试并记录井下测试地点大气压力P1和温度T1；b、测量逸出瓦斯量，连接煤样筒与井下容积测量装置，在打开煤样筒的气阀的同时记录读数和时间，读完第一个数后立刻启动秒表，每分钟记录一次逸出解吸瓦斯气体体积，时间一般为45～60min、或解吸瓦斯量很小时结束，关掉煤样筒气阀；c、计算瓦斯损失量Q1，煤样在初始一段暴露时间内，累计解吸瓦斯量与煤样瓦斯解吸时间存在如下关系：V＝k(t0+t)α (I)瓦斯解吸损失量V1为：V1＝kt0 α (II)则试验测定的瓦斯解吸量V2为：V2＝V-V1＝k(t0+t)α-V1 (III)根据上述关系模型和实测数据拟合即可求出瓦斯解吸损失量V1，V1经温度、压力校正到标准状态后即可求出Q1。$V_{10}=\frac{293.1P_1{V}_1}{P_0(273.1+T_1)}---\left(\mathrm{IV}\right)$ $Q_1=\frac{V_{10}}{G}---\left(V\right)$ (3)地面测定和计算煤芯瓦斯解吸量；a、记录实验室环境温度T2、大气压力P2；b、测量瓦斯解吸量，调试好实验室的容积测量装置，并与煤样筒连接，缓慢打开煤样筒气阀，隔2～10min间隔读取一次瓦斯的解吸量；当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85％时，打开转换开关用第二根测量管测量；测定时间一般不少于1h，或瓦斯解吸速度很小时为止；c、测量结束后称重，记录释放出的瓦斯量V22，取出煤样，并除去明显的外来矸石等杂质后称重G；d、计算煤芯瓦斯解吸量Q2，煤芯瓦斯解吸量Q2由两部分组成，即井下测定的解吸量V21和实验室测定解吸量V22，其计算方法按(VI)、(VII)式进行：$V_{20}=\frac{293.1P_1{V}_{21}}{P_0(273.1+T_1)}+\frac{293.1P_2{V}_{22}}{P_0(273.1+T_2)}---\left(\mathrm{VI}\right)$ $Q_2=\frac{V_{20}}{G}---\left(\mathrm{VII}\right)$ (4)测定和计算部分煤芯粉碎瓦斯解吸量Q3；a、取煤样，从煤芯中取两份质量相近的二次煤样，二次煤样的质量一般是15克到300克，选择整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性；b、煤样称重击碎，每份二次煤样的质量G21、G22，然后用铁锤砸为较小颗粒，最大粒度不超过10mm，将二次煤样放入粉碎桶内，盖好粉碎桶盖并密封严实；c、连接容积测量装置，检查气路部分的气密性，保证气路系统和粉碎桶、盖之间不漏气；d、粉碎煤样，开机前应先开循环水泵，保证循环冷却水先运行；由变频器逐步调高粉碎速度，观测解吸瓦斯量体积V31或V32，当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85％时，打开转换开关用第二根测量管测量；煤粒在粉碎机粉碎15min以上，或粉碎至基本无可解吸瓦斯析出为止，同时保证95％粉碎后的煤样通过212微米网目的分样筛；e、计算煤芯粉碎瓦斯解吸量，$V_{310}=\frac{293.1P_2{V}_{31}}{P_0(273.1+T_2)}---\left(\mathrm{VIII}\right)$ $Q_{31}=\frac{V_{310}}{G_{21}}---\left(\mathrm{IX}\right)$ Q32计算同Q31。每一次测定粉碎瓦斯解吸量时，把解吸出的瓦斯体积换算为20℃一个标准大气压下的瓦斯体积，换算方法同上，求出对应质量的粉碎瓦斯解吸量Q31和Q32；用它们的平均值作为粉碎瓦斯解吸量Q3的测值。如果两份二次煤样测试结果有误差大于10％，应查明原因，再取第三份二次煤样进行测定，也可直接取三份质量相近煤样测定，取测定结果相近的作为测定结果进行计算；$Q_3=\frac{Q_{31}+Q_{32}}{2}---\left(X\right)$ (5)计算煤芯可解吸瓦斯含量；实测的可解吸瓦斯含量为：Qm＝Q1+Q2+Q3。