第5章 瓦斯抽采参数的测定及计算

1、1手 机 话公室：210， 503 E-mail：， 主讲：王兆丰(研究员) 安丰华(博士)2本章要求掌握：本章要求掌握：1. 1. 煤层瓦斯压力主要测定方法煤层瓦斯压力主要测定方法2. 2. 煤层瓦斯含量主要测定方法煤层瓦斯含量主要测定方法3. 3. 瓦斯涌出量预测方法瓦斯涌出量预测方法4. 4. 煤层透气性系数测定步骤煤层透气性系数测定步骤5. 5. 瓦斯流量测定方法瓦斯流量测定方法3内容提要内容提要一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定三三 、瓦斯涌出量的测定和计

2、算、瓦斯涌出量的测定和计算四四 、煤层透气性的测定及计算、煤层透气性的测定及计算五五 、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算六、瓦斯抽采效率的测定及计算六、瓦斯抽采效率的测定及计算4一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产煤层瓦斯压力是指煤层孔隙内气体分子自由热运动所产生的作用力，由游离瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的生的作用力，由游离瓦斯形成，即瓦斯作用于孔隙壁的压力。压力。煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含煤层瓦斯压力是评价煤层突出危险性与决定煤层瓦斯含量的一个重要指标。量的一个重要指标。煤层瓦斯压力是

3、测定方法可分为煤层瓦斯压力是测定方法可分为间接测压法间接测压法和和直接测压法直接测压法。 迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：迄今为止，我国测定最大瓦斯压力：8.25MPa，北票台吉，北票台吉矿矿-550水平，埋深水平，埋深729m； 世界实测最大瓦斯压力：世界实测最大瓦斯压力：13.6MPa，乌克兰顿巴斯彼得罗，乌克兰顿巴斯彼得罗夫深矿，夫深矿，1425m。5一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定6一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定+掘回 采采 空残 余QQQQQXQVp瓦斯含量公式瓦斯含量公式/曲线曲线7一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定8一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯

4、压力测定PQ9一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定10一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定pkH11一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定 由岩层或煤层巷道中向预定测压地点打一钻孔向预定测压地点打一钻孔，然后从钻孔中引出一引出一个测压管个测压管（测压装置），再将钻孔密闭封堵，用压力表用压力表与测压管（测压装置）连接，测出压力。 关键：钻孔封孔质量关键：钻孔封孔质量1、黄泥封孔、黄泥封孔2、水泥砂浆封孔、水泥砂浆封孔3、聚氨酯封孔、聚氨酯封孔6、胶圈、胶圈-粘液封孔器粘液封孔器7、囊带式封孔器、囊带式封孔器4、机械式胶圈封孔器、机械式胶圈封孔器5、充液式胶圈封孔器、充液式胶圈封孔

5、器充填封孔法充填封孔法封孔器法封孔器法封封孔孔法法方方法法压压力力恢恢复复方方法法主动测压法主动测压法被动测压法被动测压法主动式封孔主动式封孔被动式封孔被动式封孔12一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定被动式封孔测压被动式封孔测压三步骤三步骤三三钻孔钻孔钻孔工具1.钻孔直径小一些较好，一般为45-60mm，不超过75mm2.打钻工具要求轻便稳定、震动小3.在煤层中打眼严禁压力水冲洗钻孔，防止煤壁受到破坏钻孔位置1.测定地点应优先选择在石门或岩巷中，选择岩性致密的地点，且无断层、裂隙等地质构造处布置测点，其瓦斯赋存状况要具有代表性。2.钻孔位置要考虑钻机本身操作要求及钻杆抽出钻孔方法煤层中

6、钻孔不宜过快，防止卡钻事故封孔封孔测压测压清理钻孔可使用压缩空气吹扫或清孔小铲送入测压装置测压管一般为4-8mm紫铜管钻孔封孔多种封孔方式13一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定被动式封孔测压被动式封孔测压三三填料封孔法（黄泥、黏土封孔）填料封孔法（黄泥、黏土封孔） 填料法封孔的优点：不需要特殊装置，不干裂，不收缩，密封性好。缺点是：人工封孔长度短，费时费力 14一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定被动式封孔测压被动式封孔测压三三注浆封孔法注浆封孔法注浆封孔测压法是目前应用最广泛的一种封孔方法，适应于井下各种情况下的封孔。缺点：水泥砂浆具有一定收缩性。操作步骤：1 测压孔穿透煤层并

7、清除岩粉和积水后，将导气管（一般采用铜管、高压软管或无缝钢管）下至预定位置（挡盘距煤层约0.5m）2 打开喷浆罐，将搅拌均匀的水泥砂浆倒入罐内，数量可占其容积的2/3，将罐压紧，然后把注浆管插入钻孔中（注浆管前端不能接普通塑料管和铁管，以免在喷注过程中产生静电和火花引燃孔中瓦斯）打开压气阀门，把砂浆注入孔中，直至注满为止。15一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定被动式封孔测压被动式封孔测压三三胶圈封孔器胶圈封孔器优点：简单易行，封孔器可重复使用；缺点是封孔深度小，且要求封孔段岩石必须致密、完整。16一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定主动式封孔测压主动式封孔测压胶圈胶圈压力黏液封孔

8、器压力黏液封孔器 胶囊胶囊压力黏液封孔器压力黏液封孔器 “两堵一注两堵一注”囊袋式带压封孔囊袋式带压封孔破裂区破裂区塑性区塑性区弹性区弹性区原始区域原始区域 煤层瓦斯压力测定过程中常常碰到封孔段围岩（煤层）破碎的情况，裂隙的发育容易造成漏气泄压，此时用常压封孔难以封堵围岩裂隙，需要采用带压封孔技术来解决。 17一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定主动式封孔测压主动式封孔测压三三胶圈胶圈压力黏液封孔器压力黏液封孔器优点：一是增大了封孔段的长度；二是压力黏液可渗入封孔段岩（煤）体的裂隙，增大了密封效果。 18一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定主动式封孔测压主动式封孔测压三三胶囊胶囊压

9、力黏液封孔器压力黏液封孔器 由于胶囊的弹性大，与孔壁可全面紧密接触，密封黏液的性能优于胶圈，不仅适用于封岩石钻孔，而且也能封较硬煤层中的煤孔。 19一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定主动式封孔测压主动式封孔测压三三“两堵一注两堵一注”囊袋式带压封孔测压技术囊袋式带压封孔测压技术 煤层瓦斯压力测定过程中常常碰到封孔段围岩（煤层）破碎的情况，裂隙的发育容易造成漏气泄压，此时用常压封孔难以封堵围岩裂隙，需要采用带压封孔技术来解决。 12345678910121.布袋囊 2.单向逆止阀 3.注浆管 4.爆破阀 5.测压钻孔6.测压气室 7.测压花管 8.套孔 9. 测压管 10.煤岩体AA20

10、一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定21二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定煤层瓦斯含量是指单位体积或质量的煤体中所含有的瓦煤层瓦斯含量是指单位体积或质量的煤体中所含有的瓦斯量。斯量。煤层瓦斯含量是评价煤层突出危险性及瓦斯资源的一个煤层瓦斯含量是评价煤层突出危险性及瓦斯资源的一个重要指标。重要指标。煤层瓦斯含量测定方法可分为煤层瓦斯含量测定方法可分为间接测定法间接测定法和和直接测定法直接测定法。22二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定 根据瓦斯赋存形式，间接法测试的瓦斯含量为游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和即： yxXXX吸附吸附瓦斯瓦斯游离瓦斯游离瓦斯吸着状态吸着状态吸收状态

11、吸收状态水溶瓦斯水溶瓦斯式中：Xx吸附瓦斯含量，m3/t； Xy游离瓦斯含量，m3/t。23二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定游离瓦斯量（Xy）式中： V 单位重量煤的孔隙容积，m3/t； P 瓦斯压力，MPa ；T0 标准状况下；t 瓦斯绝对温度，K； 瓦斯压缩系数； Xy 煤的游离瓦斯含量，m3/t（标准状态下）00/()yXVpTtp24二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定 煤吸附瓦斯含量（Xx）式中：a, b 吸附常数； P 煤层瓦斯压力，MPa； t0 实验室测定煤的吸附常数时的试验温度,； t 煤层温度，； n 相关系数； A 煤中灰分，%； W 煤中水分，%； Xx

12、 煤的吸附瓦斯含量，m3/t（标准状态下）。0()1(100)(1)(1 0.31)100n ttxabPA WXebPW水分影响上限水分影响上限25二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定瓦斯含量计算公式瓦斯含量计算公式取样现场实验室测定游离瓦斯量真假密度吸附常数工业分析煤层瓦斯压力吸附瓦斯量瓦斯含量26二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定 煤的工业分析、密度及吸附常数是间接法测定瓦斯含量的基础数据。煤的工业分析、密度及吸附常数是间接法测定瓦斯含量的基础数据。瓦斯等温吸附装置瓦斯等温吸附装置5E-MAG66005E-MAG6600全自动工业分析仪全自动工业分析仪 27二二 、煤层瓦斯

13、含量测定、煤层瓦斯含量测定p 根据瓦斯含量与瓦斯压力关系近似计算方法式中： 煤层瓦斯含量系数Xp28二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定解吸量装入密封罐中取样现场解吸推算损失量粉碎前脱气粉碎后脱气损失量残存量瓦斯含量29二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定l取样取样1）取芯钻头取煤芯）取芯钻头取煤芯2）普通实心钻头）普通实心钻头孔口接样孔口接样30二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定012273.2(0.00981)101.3 (273.2)twtwVPhPVtl装样解吸装样解吸t0tV0t31二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定0tl 损失瓦斯量的计算： 法 t0tV

14、abt 式中: a、b为待定常数，当 时， ，a值即为所求的损失瓦斯量。0taVt0t0tVa 与 成线性关系t0tV0t32二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定l 损失瓦斯量的计算：幂函数法 式中：qt时间t对应的瓦斯解吸速度，cm3/min； q0初始时刻对应的瓦斯解吸速度，cm3/min； t 包括取样时间t0在内的瓦斯解吸时间，min； n 瓦斯解吸速度衰减系数，0n1。01ntqqt10111ntVqn33二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定l 损失瓦斯量的计算：幂函数法 式中：Vs煤样损失瓦斯量，cm3； t0 煤样暴露时间，min。100111nstVqn1 ttq0

15、,qn01ntqqt34二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定 损失瓦斯量：取样时间尽可能短 t1t1V1VtV135二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定l 残存瓦斯量测定恒温水浴恒温水浴U型水银型水银真空计真空计冷却器冷却器气体量管气体量管平衡瓶平衡瓶真空泵真空泵煤样罐煤样罐抽真空管抽真空管真空脱气装置36二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定步骤步骤1、启动真空泵，将系统抽真空。、启动真空泵，将系统抽真空。真空脱气法真空脱气法37二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定步骤步骤2、松开螺旋夹，煤样罐内气体进入真空系统。、松开螺旋夹，煤样罐内气体进入真空系统。真空脱气法真空脱

16、气法38二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定步骤步骤3、调整量筒液面高度。、调整量筒液面高度。真空脱气法真空脱气法39二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定步骤步骤4、向真空管抽真、向真空管抽真 空，将负压转为正压，气体导入量筒。空，将负压转为正压，气体导入量筒。真空脱气法真空脱气法40二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定 粉碎前脱气，分别在常温和加热至95-100恒温进行真空脱气，直至30min内泻出瓦斯量小于10cm3为止；粉碎后脱气，将煤样放入球磨罐中密封破碎，之后进行真空集气。0102273.2(0.0167)101.3 (273.2)tntnnVPCPVt41二二 、

17、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定l 直接法测试瓦斯含量的计算 含有空气解吸、损失气体或脱出气体的体积02(100 4.57)100tnOiVCV式中：Vtn0 换算为标准状态下的气体体积，cm3； CO2 标准状态下氧的浓度，%。42二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定l 直接法测试瓦斯含量的计算 各阶段煤样瓦斯含量计算iiVXm式中：Xi 各阶段煤样瓦斯含量， cm3/g； m 煤样质量(分为空气干燥基和干燥无灰基)，g； Vi 各阶段某种气体体积，cm3。43三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算 瓦斯涌出量是在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯涌出量是在矿井

18、建设和生产过程中从煤与岩石内涌出的瓦斯量。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。瓦斯量。它是确定矿井瓦斯等级、进行矿井通风计算等方面的依据。绝对瓦斯涌出量：绝对瓦斯涌出量：在在单位时间单位时间内涌出的瓦斯量，内涌出的瓦斯量，单位单位 m3/min或或 m3/d；相对瓦斯涌出量：相对瓦斯涌出量：平均平均日产一吨煤日产一吨煤同期所涌出的瓦斯量，同期所涌出的瓦斯量，单位单位 m3/t。44三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算45三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算 矿山统计法是根据煤矿已往生产中获得的大量的相对瓦斯涌出量与矿山统计法是根据煤矿已往生产中获

19、得的大量的相对瓦斯涌出量与开采深度的数据，按统计规律预测深部水平瓦斯涌出量的方法。其外推开采深度的数据，按统计规律预测深部水平瓦斯涌出量的方法。其外推范围沿垂深不超过范围沿垂深不超过200m，沿煤层倾斜方向不超过，沿煤层倾斜方向不超过600m。开采深度开采深度H涌出量涌出量q46三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算130 1440niiicQqA nqc开采深度（开采深度（H）时，）时，月平均相对瓦斯涌出量，月平均相对瓦斯涌出量，m/t;Qi该月内测得的该月内测得的回风量回风量， m/min；i风流中的风流中的瓦斯浓度瓦斯浓度，%；n该月内测试该月内测试次数次数；A该月的该月的

20、产量产量，t。若是该月若是该月多水平开采多水平开采，qc为为加加权开采深度权开采深度（Hw）处的相对瓦）处的相对瓦斯涌出量。斯涌出量。月平均相对瓦斯涌出量月平均相对瓦斯涌出量47三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算11niiiwniiH AHAH Hi i、A Ai i第第i i个采区的个采区的开采深度和产量开采深度和产量；n n该月开采的采区数。该月开采的采区数。计算加权开采深度计算加权开采深度Hw48三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算相对瓦斯涌出量梯度的确定相对瓦斯涌出量梯度的确定q2在在H2深度深度开采时的相对瓦斯涌出量，开采时的相对瓦斯涌出量，m3/t

21、；q1在在H1深度深度开采时的相对瓦斯涌出量，开采时的相对瓦斯涌出量，m3/t。 H2瓦斯带内瓦斯带内2水平水平的开采深度，的开采深度，m；H1瓦斯带内瓦斯带内1水平水平的开采深度，的开采深度，m；n指数系数，垂深指数系数，垂深在在1000m内时取内时取1。2121nqqHH49三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算q矿井矿井相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量，m3/t；H开采深度开采深度，m；H0瓦斯瓦斯风化带深度风化带深度，m； 相对瓦斯涌出量随开采深度的变化相对瓦斯涌出量随开采深度的变化梯度梯度，(m3/t)/m 。q0 瓦斯瓦斯风化带风化带边缘的边缘的瓦斯含量瓦斯含量，m3/t

22、。推算深部开采水平的瓦斯涌出量推算深部开采水平的瓦斯涌出量00()qqHH为了便于应用，可以做瓦斯涌出量等量线图，把矿井空间位置为了便于应用，可以做瓦斯涌出量等量线图，把矿井空间位置上的相对瓦斯涌出量及其变化规律在矿井开采层面图上表达。上的相对瓦斯涌出量及其变化规律在矿井开采层面图上表达。50三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算相似性。相似性。已回采已回采2个以上水平，有一年以上的瓦斯涌出量。个以上水平，有一年以上的瓦斯涌出量。外推深度外推深度200m，沿煤层倾斜方向沿煤层倾斜方向10m3/t 高变质煤高变质煤X010m3/t7.2071010.385eXX回采工作面瓦斯涌出量

23、回采工作面瓦斯涌出量58三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算112301()fqK K K KXX（2）厚煤层分层开采时 Kf取决于煤层分层数量和顺序的分层瓦斯涌出系数；1）开采层瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量59三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算211()nioiiiimqXXM 第第i个邻近层煤层厚度，个邻近层煤层厚度，m； 工作面采高，工作面采高，m； 第第i个邻近层瓦斯涌出率，个邻近层瓦斯涌出率，% ；l当邻近层位于冒落带中时，当邻近层位于冒落带中时，l当采高当采高 4.5m时，时，imMi1000.4784.04iiihhML1

24、iiphh 1i1）邻近层瓦斯涌出量 回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量第第i邻近层与开采层垂直距离邻近层与开采层垂直距离开采层顶、底板的破坏影响范围开采层顶、底板的破坏影响范围60三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算回采工作面瓦斯涌出量回采工作面瓦斯涌出量61三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量D巷道断面内巷道断面内暴露煤壁暴露煤壁面的面的周边长度周边长度，m；v巷道巷道平均掘进速度平均掘进速度，m/min；L巷道巷道长度长度，m；q0煤壁瓦斯涌出煤壁瓦斯涌出强度强度，m3 /(m2min)，Vz煤中煤中挥发分含量

25、挥发分含量，%；X0煤层煤层原始原始瓦斯含量，瓦斯含量，m3/t 。1）掘进巷道煤壁瓦斯涌出量 3(21)oLqDvqv200.0260.0004()0.16/zoqVXQSQT q4q3对于薄及中厚煤层，对于薄及中厚煤层，D=2开采层厚度；开采层厚度；对于厚煤层，对于厚煤层，D=2巷道高度巷道高度+宽度宽度62三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算S掘进巷道掘进巷道断面积断面积，m2 ；v巷道巷道平均掘进速度平均掘进速度，m/min； 煤的煤的密度密度，t/m3；X0 煤层煤层原始原始瓦斯含量，瓦斯含量，m3/t ；X1 煤的煤的残存残存瓦斯含量，瓦斯含量，m3/t 。2）掘进

26、落煤的瓦斯涌出量 401()qSvXX01(21)()oLqDvqSvXXv掘QSQT q4q3掘进工作面瓦斯涌出量掘进工作面瓦斯涌出量63三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算K生产采区内生产采区内采空区瓦斯涌出系数采空区瓦斯涌出系数，1.251.45；q采采i第第i个个回采回采工作面工作面相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量，m3/t；Ai第第i个回采工作面的个回采工作面的日产量日产量，t；q掘掘i第第i个个掘进掘进工作面工作面绝对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量，m3/min；A0生产采区平均生产采区平均日产量日产量，t。110(1440)nniiiiiKqAqqA掘采区采区瓦斯涌出量采区

27、瓦斯涌出量64三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯涌出量K已采已采采空区瓦斯涌出系数采空区瓦斯涌出系数，1.151.25；q区区i第第i个采区个采区相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量，m3/t；A0i第第i个采区的个采区的日产量日产量，t。nioinioiiAAqKq11)(区井65三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算采空区瓦斯涌出系数采空区瓦斯涌出系数66三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算agQQk/max瓦斯最大涌出量与平均涌出量的比值称为瓦斯涌出不均系数。矿井瓦斯涌出不均系数式中kg给定时间内瓦斯涌出不均系数； Qmax该

28、时间内的最大瓦斯涌出量，m3/min； Qa该时间内的平均瓦斯涌出量，m3/min。瓦斯涌出不均系数瓦斯涌出不均系数K区区=1.21.5；K井井=1.11.3.qK q井总井井qK q区区区总67三、瓦斯涌出量的测定和计算三、瓦斯涌出量的测定和计算 同一煤体在不同区域的瓦斯赋存情况和采动时的瓦斯涌出量主要受当地地质情况影响。因此，如能找到井田内地质情况与采掘时瓦斯涌出量之间的关系，可根据已知地质情况预测未开采区域在采动时瓦斯涌出量。地质指标的量化地质指标的量化是瓦斯预测的基础和前提是瓦斯预测的基础和前提也是预测瓦斯涌出量的瓶颈也是预测瓦斯涌出量的瓶颈指数预测法指数预测法 灰色系统理论等灰色系统

29、理论等68课后思考题1. 煤层瓦斯压力主要测定方法，在怎样改进？ 2. 直接法测瓦斯含量的主要问题在哪个环节？3. 分源预测法需要考虑哪些源？参考阅读：1. 周世宁，林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论 M. 北京：煤炭工业出版社，1999 2.国家安全生产监督管理总局. AQ1047-2007煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法3.国家安全生产监督管理总局. AQ10662008煤层瓦斯含量井下直接测定方法4.国家安全生产监督管理总局. AQ 10182006矿井瓦斯涌出量预测方法69内容提要内容提要一一 、煤层瓦斯压力测定、煤层瓦斯压力测定二二 、煤层瓦斯含量测定、煤层瓦斯含量测定三三 、瓦斯涌出

30、量的测定和计算、瓦斯涌出量的测定和计算四四 、煤层透气性的测定及计算、煤层透气性的测定及计算五五 、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算六、瓦斯抽采效率的测定及计算六、瓦斯抽采效率的测定及计算70四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算 煤层透气系数是反映煤层内瓦斯流动难易程度的重要参数，也是评判瓦斯抽放的可行性指标之一，同时也是判断煤与瓦斯突出危险性的指标之一。 因此，煤层瓦斯渗透率或煤层透气系数的测算方法研究是瓦斯渗流力学发展的关键技术，它始终是渗流力学界关注的热点之一。研究研究应用应用物理意义物理意义: 在在 1 m3煤体的两侧，当瓦斯压力平煤体的两

31、侧，当瓦斯压力平方差为方差为 1 MPa2时，通过时，通过 1 m2煤层断面每日流煤层断面每日流过的瓦斯量过的瓦斯量71四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算 从需要测定的煤层中采取煤样从需要测定的煤层中采取煤样 在实验室中用砂轮或专门的钻简将煤样制成一定尺寸的圆柱状在实验室中用砂轮或专门的钻简将煤样制成一定尺寸的圆柱状(或方柱状或方柱状)，两端磨，两端磨平，形成长平，形成长 5080 mm、直径、直径 3040 mm 的圆的圆 柱柱(或或 30 mm30mm(5080)mm 的方柱的方柱)，放入与之直径相仿的夹具中。，放入与之直径相仿的夹具中。 放在特制的仪器中，测定在一定的压

32、差中通过煤样的瓦斯流量，根据煤样的几何尺放在特制的仪器中，测定在一定的压差中通过煤样的瓦斯流量，根据煤样的几何尺寸、两端压差的大小和流量，根据寸、两端压差的大小和流量，根据 达西定律计算其透气性系数。达西定律计算其透气性系数。为了使煤样和夹 具壁之间密切接触不漏气。一般外加一个胶皮套或硅橡胶套。kUp 达西渗流定律达西渗流定律at2kpat222krQ p LkF pp72四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算加压系统加压系统在实验缸内煤样周围充有一定压力的黏液(或其他液体)煤样周围需套上数层 防水橡胶套at222krQ p LkF pp73四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气

33、性的测定和计算取样的偶然性不能反映煤层的情况。 不足之处不足之处在制作煤样时， 煤样受到机械作用可能产生新的裂隙或使原有裂隙加大。 而煤层本身 的某些裂隙又因煤样过小而被排斥掉。此外，取样暴露面上的煤都是经过矿山压力破坏后的煤体实验室无法完全模拟地应力。 在实验室测定中， 固体煤样与防水橡胶衬套之间往往存在着漏气现象。74四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算巷道单向流量法径向流量法球向流量法75四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算石门透煤条件下1221lnccrQrhpp2222lnccrQrhpp测压钻孔多测压钻孔多 而且要求准确；而且要求准确；只有在高透气性

34、煤层才适用，低透气性只有在高透气性煤层才适用，低透气性短时间内短时间内r2内仍供气而长时间时无流量内仍供气而长时间时无流量径向稳定流动2201012lnppQmRR76四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算煤层掘进巷道中2122212Q LLpp单向稳定流动 要求瓦斯来源于要求瓦斯来源于L2之外，但是之外，但是L2实际也是瓦斯源；煤壁瓦斯涌出实际也是瓦斯源；煤壁瓦斯涌出量及瓦斯压力测定难度大。量及瓦斯压力测定难度大。不稳定流动77四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算流量法：石门透煤前求解误差大；计算参数测定有实际有误差引起计算误差；求解误差大；计算参数测定有实际有

35、误差引起计算误差；煤层厚度为垂直厚度，倾斜煤层误差大；计算繁杂煤层厚度为垂直厚度，倾斜煤层误差大；计算繁杂pq先测原始瓦斯压力，打开阀门将先测原始瓦斯压力，打开阀门将瓦斯压力控制在一定值测流量变化。瓦斯压力控制在一定值测流量变化。78四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算在岩石巷道打一在岩石巷道打一垂直煤层的贯穿钻孔垂直煤层的贯穿钻孔， 插入测压管后密封插入测压管后密封测得测得煤层原始瓦斯压力值；煤层原始瓦斯压力值；然后卸下压力表然后卸下压力表 使孔内使孔内压力降至大气压力压力降至大气压力。然后，然后，重新拧上压力表重新拧上压力表，记下钻孔中瓦斯压力与时间的关系，记下钻孔中瓦斯压

36、力与时间的关系， 确定出当钻孔内瓦斯压力确定出当钻孔内瓦斯压力0.1p0、 0.2p0- 0.9p0时的对应，最后时的对应，最后根据已知的参数计算煤层的透气性值。根据已知的参数计算煤层的透气性值。 优点：工作简单、时间短优点：工作简单、时间短计算公式缺点：认为二次升压过程只有游离瓦斯缺点：认为二次升压过程只有游离瓦斯参与流动；认为瓦斯流动是瓦斯源不断参与流动；认为瓦斯流动是瓦斯源不断扩大的径向稳定流动。扩大的径向稳定流动。具体做法：具体做法：这种方法也称为二次压力法这种方法也称为二次压力法79四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算 具体做法：在岩石巷道打一具体做法：在岩石巷道打一

37、垂直煤层的贯穿钻孔垂直煤层的贯穿钻孔， 插入测压管后密插入测压管后密封封测得煤层原始瓦斯压力值测得煤层原始瓦斯压力值，直接记下钻孔中瓦斯压力与时间的关系，直接记下钻孔中瓦斯压力与时间的关系， 确确定出当钻孔内瓦斯压力定出当钻孔内瓦斯压力0.1p0、 0.2p0- 0.9p0时的对应，最后根据已知的时的对应，最后根据已知的参数计算煤层的透气性值。参数计算煤层的透气性值。 这种方法也称为一次压力法这种方法也称为一次压力法是将马可尼法中微分式简化为稳定流动方程；除具有马可尼法不合理之处，是将马可尼法中微分式简化为稳定流动方程；除具有马可尼法不合理之处，还有化简误差还有化简误差80四、煤层透气性的测定

38、和计算四、煤层透气性的测定和计算煤层掘进巷道中 单向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中的单向流动理论 为基础而得出的方法，其基本假设为：(a)煤层均质且各向同性；(b)瓦斯在煤层中的流动服从达西定律；(c)煤层顶底板不含瓦斯也不渗透瓦斯；(d)瓦斯在煤层中的 流动为等温过程。81四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算1.5202204atpq tpp 煤层掘进时记录多个点爆破时间，作为其暴露时间 用封孔测压仪打钻测压 当掘进头距测点一定距离时在测点断面上测出风量和瓦斯量，求出瓦斯量之差即为两点间煤壁瓦斯涌出量 将所测量带入上式测压孔测压孔82四、煤层透气性的测定和计算四、煤

39、层透气性的测定和计算 当巷道向前掘进时，会在 两帮煤层中形成卸压带、应力集中带和常压带。由于这三带的存在，使煤层的透气性发生很大变化。 巷道单向流量法的优点在于它能使流动场扩展很大。虽然在推导计算公式中，均质性的假设与事实有差别，但是当流动场扩散到足够当流动场扩散到足够大时，以致扰动带的影响可以忽略不计大时，以致扰动带的影响可以忽略不计，由均质性假设所带来的误差就基本上可以忽略不计。 单向流量法需满足单向流动条件，所测巷道需其掘进头推进一定距离后进行。83四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算 径向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中径向流动理论为基径向流量法测定煤层透气性系

40、数是以瓦斯在煤层中径向流动理论为基础而得出的方法。其基本假设为础而得出的方法。其基本假设为:(a)在钻孔瓦斯流动范围内，煤层在钻孔瓦斯流动范围内，煤层均质且各向同性均质且各向同性;(b)钻孔垂直煤层钻孔垂直煤层(至少偏斜角不超过至少偏斜角不超过30)贯穿煤层，在瓦斯流动场内煤厚不贯穿煤层，在瓦斯流动场内煤厚不变变;(c)煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯;(d)打开钻孔之前，钻孔内瓦斯压力为打开钻孔之前，钻孔内瓦斯压力为原始瓦斯压力原始瓦斯压力，打开后则始终保持大打开后则始终保持大气压力气压力;(e)瓦斯在煤层中的流动为等温过程且瓦斯在煤层中的流动为等温过程且温度等于煤层

41、温度温度等于煤层温度;(f)瓦斯在煤层中的流动服从瓦斯在煤层中的流动服从达西定律达西定律84四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算2121PPPtrrr02201qrYpp1.500204ptFr0bYaF21201ppqrA215 . 104rpB/YA0FB/bAa B85四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算BF 0AYaFYb04 .14/107. 19/111. 13 . 7/114. 125. 025. 156. 2/139. 164. 1/161. 114. 31 . 283. 11 . 1BABABABABABA21201ppqrA215 . 104

42、rpB-0.38-0.28-0.20-0.12-0.10-0.065110.930.5880.5120.34410-2111010102102103103105105107常数常数B常数常数A煤层透气性系数煤层透气性系数指数指数b系数系数a时时 间准间准 数数流流 量量准准 数数A/bAa B86四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算1 测压2 测压后打开阀门，测定 不同时刻钻孔瓦斯排放量3带入公式求值操作步骤21201ppqrA215 . 104rpB0F估取，得到 计算公式反验 取值是否合适0F87四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算10-2111010102

43、10210310310510510788四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算1 要注意有无喷孔的现象，以便折合计算孔径 ，延长排瓦斯时间2 流量测定时间及钻孔长度取值3 瓦斯压力和流量的测定必须尽量准确注意事项4 在测定卸压煤层时，流量较大，测压管细而有压力损失，可校正5 在测定卸压煤层时注意避开抽采钻孔6在封孔测压上压力表之前，测定的瓦斯流量t0、Q0 可用于在测定煤层透气 系数之后，反求煤层原始瓦斯压力 p0。89四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算 球向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中球向流动理论为基球向流量法测定煤层透气性系数是以瓦斯在煤层中球向

44、流动理论为基础而得出的方法。础而得出的方法。基本假设为基本假设为:(a)在钻孔瓦斯流动范围内，煤层在钻孔瓦斯流动范围内，煤层均质且各向同性均质且各向同性;(b)煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯煤层顶底板不漏气且不含有瓦斯;(c)打开钻孔之前，钻孔内瓦斯压力为打开钻孔之前，钻孔内瓦斯压力为原始瓦斯压力原始瓦斯压力，打开后则始终保持大打开后则始终保持大气压力气压力;(d)瓦斯在煤层中的流动为等温过程且瓦斯在煤层中的流动为等温过程且温度等于煤层温度温度等于煤层温度;(e)瓦斯在煤层中的流动服从瓦斯在煤层中的流动服从达西定律达西定律90四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算2122PPPtr

45、rr02201qrYpp1.500204ptFr0.5010.564YF22144BBC简化计算简化计算01.500.5644rBpt02201qrCpp91四、煤层透气性的测定和计算四、煤层透气性的测定和计算1 测压2 测压后打开阀门，测定 不同时刻钻孔瓦斯排放量3带入公式求值操作步骤01.500.5644rBpt02201qrCpp计算22144BBC92五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算93五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算根据流体流经节流装置时产生压降（压差）原理，根据流体流经节流装置时产生压降（压差）原理，通过测定压

46、差计算流量。孔板、喷嘴、文特利管等通过测定压差计算流量。孔板、喷嘴、文特利管等一般指转子流量计，小流量，气体最小流量一般一般指转子流量计，小流量，气体最小流量一般16L/h。利用流体流经椎管壁与浮子间隙时环隙节。利用流体流经椎管壁与浮子间隙时环隙节流压差与浮子质量平衡，测定流量。流压差与浮子质量平衡，测定流量。利用皮托管测定管道内动静压来确定气体流速，之利用皮托管测定管道内动静压来确定气体流速，之后计算流量。后计算流量。利用风速表或热球式风速仪测定管内流速，再计算利用风速表或热球式风速仪测定管内流速，再计算流量。流量。直接测出气体流量，如煤气表。直接测出气体流量，如煤气表。94五、管路及钻孔瓦

47、斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算 充满管道的流体当它流经管道内的节流装置时，流束将在充满管道的流体当它流经管道内的节流装置时，流束将在节流节流件处形成局部收缩件处形成局部收缩使流速增加，从而使静压力降低这样在节流装置使流速增加，从而使静压力降低这样在节流装置前后就形成一个前后就形成一个静压力差或称差压静压力差或称差压，流体的流速愈大，则产生的差，流体的流速愈大，则产生的差压愈大，所以可以通过测量差压来衡量流体通过节流装置时流量的压愈大，所以可以通过测量差压来衡量流体通过节流装置时流量的大小。大小。流速流速压差压差关系关系95五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦

48、斯流量的测定及计算 根据伯努利方程（能量守恒定律）和流动连续性方程（质量守根据伯努利方程（能量守恒定律）和流动连续性方程（质量守恒定律），流体流动时流量方程式为：恒定律），流体流动时流量方程式为：12022201gppQFm孔板开孔面积01孔板开孔面积/管道截面FF21流束收缩截面/管道截面FF标准孔板瓦斯混合流量公式标准孔板瓦斯混合流量公式19.8pTQK bp96五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算20189.76流量校正系数Ka mD标准孔板瓦斯混合流量公式标准孔板瓦斯混合流量公式19.8pTQK bp110.0046瓦斯浓度校正系数bx101.325压力

49、校正系数Tpp293273+温度校正系数Tt97五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算 节流装置的选择对准确测定管道中的流体具有重要作用，一般情况节流装置的选择对准确测定管道中的流体具有重要作用，一般情况下应根据以下原则选择：下应根据以下原则选择：1 要求节流装置产生的压力损失小时，选用喷嘴或文特利管和文特利喷嘴；2 测量易污染和侵蚀性物质时，采用喷嘴比采用孔板好；3 测量相同流量和压差值，喷嘴的截面比比孔板小，测量精度较高，而且需要的直线段长度也较短。4 孔板加工最为简单，喷嘴次之，文特利管和文特利喷嘴最复杂98五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦

50、斯流量的测定及计算 根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、根据节流装置取压口位置可将取压方式分为理论取压、角接取压、法兰取压、径距取压与损失取压等五种。法兰取压、径距取压与损失取压等五种。1-1 理论取压 D Smin2-2 角接取压 3-3 法兰取压 25mm4-4 径距取压 D 0.5D5-5 损失取压2.5D 8D取压嘴高度：一般取压嘴高度：一般20-30mm，不超过，不超过50mm；内径一般；内径一般3-6mm99五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算100五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算外径小于或等

51、于法兰盘两对角螺钉眼内边的距离孔板厚度小于或等于0.05D，最薄不小于2mm开孔圆筒形部分厚度在0.005-0.02D之间开孔圆锥部分圆锥角30-45101五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算加工精度：光洁度、粗糙度、无毛刺加工孔板的要求加工孔板的要求符合标准的孔板产生的阻力损失应0.1p孔板材料采用硬质耐磨材料，为防止锈蚀可采用不锈钢或钢材镀铬102五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算1 安装时孔板孔口须与管道同心，断面与管道轴线垂直2 在孔板前后2D的范围内管道不应有凹凸不平、焊缝、垫片等3 流量计上游端管道直线段长度大于等于

52、20D，下游端10D4 经常清理孔板前后积水、污物，锈蚀要更换5 抽放量有较大变化时，应根据流量大小更换相应孔板103五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算风源：局部通风机或其它风泵 管道：直径与实际抽放管相同流量：风表或皮托管测定 测定流量计参数：压差、管内压力等风源：通风机 管道：风硐稳流测试段流量：风表管测定 测定流量计参数：压差、管内压力等9.81kpTQKp风源：钟罩式气体计量器 流量：钟罩式气体计量器测定 测定流量计参数：压差、管内压力等104五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算 文特利管具有圆锥形的入口文特利管具有圆锥

53、形的入口收缩段收缩段和喇叭形的出口和喇叭形的出口扩散段扩散段。压力损失。压力损失少，精度高；加工难，成本高，用于低压损、高精度测量的场合。少，精度高；加工难，成本高，用于低压损、高精度测量的场合。在0.2m0.5条件下内径为100-800mm入口圆锥角735出口圆锥角233中间喉管直径偏差0.001d前后连接管直径与流量计直径相同入口收缩段入口收缩段喉管段喉管段出口扩散段出口扩散段105五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算测定量：压差、大气压、负压、温度、瓦斯浓度流量综合系数流量综合系数24216041dgKcdD19.81pTQKp混合瓦斯量混合瓦斯量/100cQQ x纯瓦斯量纯瓦斯量106五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算1 测点前后有5m以上直线段管道2 管内不得有积水3 皮托管插入管道时迎着气流方向，力求与气流方向平行4 需同时测定测点处大气压、瓦斯浓度、压力等参数107五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算五、管路及钻孔瓦斯流量的测定及计算4.049.81 ipVpTvC bH气流动压值中心点法平均流速点法高斯三点法