煤层瓦斯参数测定优秀PPT.ppt

煤层瓦斯参数测定你现在浏览的是第一页，共112页主要参数测定及计算主要参数测定及计算一、煤层瓦斯压力测定一、煤层瓦斯压力测定 二、煤层瓦斯含量测定二、煤层瓦斯含量测定三、煤层透气性系数计算三、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四、煤层百米钻孔瓦斯流量衰减系数测试四、煤层百米钻孔瓦斯流量衰减系数测试四、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五、抽放钻孔的抽放半径测定六、排放钻孔的排放半径测定六、排放钻孔的排放半径测定七、突出敏感指标的测定七、突出敏感指标的测定八、工作面可解吸瓦斯量测试八、工作面可解吸瓦斯量测试八、工作面可解吸瓦斯量测试八、工作面可解吸瓦斯量测试九、煤的坚固性系数的测试九、煤的坚固性系数的测试九、煤的坚固性系数的测试九、煤的坚固性系数的测试你现在浏览的是第二页，共112页一、煤层瓦斯压力测定一、煤层瓦斯压力测定瓦斯在煤层中赋存及流动规律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的目的和意义 瓦斯压力测定技术发展概况瓦斯压力测定技术发展概况 瓦斯压力测定国家标准瓦斯压力测定国家标准 淮北矿区瓦斯测压难点淮北矿区瓦斯测压难点 淮北矿业集团瓦斯压力测定方法淮北矿业集团瓦斯压力测定方法 概述概述 1.11.11.21.31.41.51.61.7你现在浏览的是第三页，共112页1.1概述概述指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，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概述概述煤层瓦斯压煤层瓦斯压力力 淮北矿区瓦淮北矿区瓦斯压力测定斯压力测定概况概况 本节主要本节主要内容内容你现在浏览的是第四页，共112页1.2 瓦斯在煤层中赋存及流动规律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 1.2.1 瓦斯的性质及瓦斯的性质及生成生成1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋煤层瓦斯赋存存1.2.3 1.2.3 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移的基本规律的基本规律 你现在浏览的是第五页，共112页1.2.1 1.2.1 瓦斯性质及其生成瓦斯性质及其生成1、瓦斯及性质、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（）、重烃（CnHm）、氢气（）、氢气（H2）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2）、一氧）、一氧化碳（化碳（CO）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（）、二氧化硫（SO2）、硫化氢）、硫化氢（H2S）、氡（）、氡（Rn）等。）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（可达主（可达80%90%），它是威胁矿井安全的主要危险源，所），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（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。其爆炸极限为极限为5%16%，它对人体的影响同氮相似，可使人窒息。当，它对人体的影响同氮相似，可使人窒息。当甲烷浓度为甲烷浓度为43时，空气中相应的氧浓度即降到时，空气中相应的氧浓度即降到12，人感到，人感到呼吸非常急促；当甲烷浓度在空气中达呼吸非常急促；当甲烷浓度在空气中达57时，相应的氧浓度被时，相应的氧浓度被冲淡到冲淡到9，人即可处于昏迷状态，有死亡危险。，人即可处于昏迷状态，有死亡危险。你现在浏览的是第六页，共112页1.2.1 1.2.1 瓦斯性质及其生成瓦斯性质及其生成2、瓦斯生成、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：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。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，生成的瓦斯量也越多。从褐煤到无烟煤，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量也越多。你现在浏览的是第七页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存1、煤层瓦斯赋存状态、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；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。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，其结构形式为晶体形式存在，其结构形式为xMyH2O，其中，其中M代表烃；固溶代表烃；固溶态等。但现有开采水平下，游离态等。但现有开采水平下，游离瓦斯仅占瓦斯仅占512，其余为吸附瓦，其余为吸附瓦斯斯你现在浏览的是第八页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带、煤层瓦斯垂向分带 煤层瓦斯沿垂向一般煤层瓦斯沿垂向一般可分为两个带：瓦斯风化可分为两个带：瓦斯风化带与甲烷带。瓦斯风化带带与甲烷带。瓦斯风化带是是CO2N2、N2与与N2CH4三个带的统称，各三个带的统称，各带不仅瓦斯组分不同而带不仅瓦斯组分不同而且瓦斯含量也不相同。且瓦斯含量也不相同。你现在浏览的是第九页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带、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：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甲烷及重烃浓度之和80（按体积）；（按体积）；瓦斯压力瓦斯压力P0.10.15MPa；相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量qCH423m3/t煤；煤；煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量x1.01.5m3/t可燃物（长焰煤）可燃物（长焰煤）x1.52.0m3/t可燃物（气煤）可燃物（气煤）x2.02.5m3/t可燃物（肥、焦煤）可燃物（肥、焦煤）x2.53.0m3/t可燃物（瘦煤）可燃物（瘦煤）x3.04.0m3/t可燃物（贫煤）可燃物（贫煤）x5.07.0m3/t可燃物（无焰煤）可燃物（无焰煤）你现在浏览的是第十页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带、煤层瓦斯垂向分带甲烷带：甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的属于位于瓦斯风化带下边界以下的属于甲烷带，煤层的瓦斯压力、瓦斯含量随甲烷带，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。埋藏深度的增加呈有规律的增长。增长的梯度，在不同煤质（煤增长的梯度，在不同煤质（煤化程度）、不同地质构造与赋存条化程度）、不同地质构造与赋存条件有所不同。件有所不同。瓦斯压力梯度的变化范围为瓦斯压力梯度的变化范围为0.0070.012MPa/m，近似于静水压力值。，近似于静水压力值。你现在浏览的是第十一页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存3、煤对瓦斯的吸附特性、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。中解吸出来，吸附与解吸是可逆的。你现在浏览的是第十二页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 压力与温度：压力与温度：煤层瓦斯压力越大，其含量越高；温度温度每升高煤层瓦斯压力越大，其含量越高；温度温度每升高1，吸附瓦斯，吸附瓦斯的能力降低约的能力降低约8。水分：水分：你现在浏览的是第十三页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤变质程度的影响煤变质程度的影响：煤的煤化程度反映其比表面积大小与化学组成，一般讲，从煤的煤化程度反映其比表面积大小与化学组成，一般讲，从挥发分为挥发分为2026之间的煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速的增之间的煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速的增长。长。你现在浏览的是第十四页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤层和围岩的透气性：煤层和围岩的透气性：一般情况下，煤层及围岩一般情况下，煤层及围岩透气性越大，瓦斯越易流失，透气性越大，瓦斯越易流失，瓦斯含量越小；反之，瓦斯易瓦斯含量越小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量大，于保存，煤层的瓦斯含量大，比如孔隙与裂隙发育的砂岩、比如孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透气性非常大，砾岩和灰岩的透气性非常大，它比致密而裂隙不发育的岩石它比致密而裂隙不发育的岩石的透气系数高百万倍，在漫长的透气系数高百万倍，在漫长的地质年代中，会排放大量的的地质年代中，会排放大量的瓦斯。瓦斯。你现在浏览的是第十五页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 埋深及煤层倾角：埋深及煤层倾角：一般情况下，随着煤层埋深增加，煤层瓦斯含量也与随之增一般情况下，随着煤层埋深增加，煤层瓦斯含量也与随之增大。在同一埋深下，煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高。大。在同一埋深下，煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高。例如芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡（例如芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡（4080），相对瓦斯涌出），相对瓦斯涌出量约量约20m3/t，无瓦斯突出现象；而南翼煤层倾角缓（，无瓦斯突出现象；而南翼煤层倾角缓（612）相）相对瓦斯涌出量达对瓦斯涌出量达150m3/t，而且发生了煤与瓦斯突出。，而且发生了煤与瓦斯突出。你现在浏览的是第十六页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤层露头：煤层露头：煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越多；反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量越高。斯排放越多；反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量越高。例如中梁山煤田，煤层无露头，而且为背斜构造，所以煤层例如中梁山煤田，煤层无露头，而且为背斜构造，所以煤层瓦斯含量大。瓦斯含量大。你现在浏览的是第十七页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 地质构造：地质构造：煤系地层为沉积地层，煤系地层为沉积地层，各种岩石的透气性有很大差各种岩石的透气性有很大差别，在地层与地质构造的共别，在地层与地质构造的共同作用下，可能形成封闭型同作用下，可能形成封闭型地质构造或开放型地质构造。地质构造或开放型地质构造。封闭型地质构造有利于瓦斯封闭型地质构造有利于瓦斯储存，开放型地质构造有利储存，开放型地质构造有利于瓦斯排放。于瓦斯排放。你现在浏览的是第十八页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 地质构造（地质构造（褶曲构造）：）：闭合而完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存瓦斯构闭合而完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存瓦斯构造，其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成造，其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成“气顶气顶”。在倾伏背斜的轴部，。在倾伏背斜的轴部，瓦斯浓度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙瓦斯浓度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙时，瓦斯易于流失，轴部瓦斯含量反而低于翼部。时，瓦斯易于流失，轴部瓦斯含量反而低于翼部。向斜构造存在两种情况向斜构造存在两种情况:一种情况下，因轴部受到强力挤压，透气性差，一种情况下，因轴部受到强力挤压，透气性差，使轴部的瓦斯含量高于翼部使轴部的瓦斯含量高于翼部:另一种情况下，由于向斜轴部瓦斯补给区域缩小，当另一种情况下，由于向斜轴部瓦斯补给区域缩小，当轴部裂隙发育，透气性好时，有利于瓦斯流失，开采至向斜轴部时，相对瓦斯涌出轴部裂隙发育，透气性好时，有利于瓦斯流失，开采至向斜轴部时，相对瓦斯涌出量反而减少。量反而减少。受构造影响形成局部变厚的大煤包时，也会出现瓦斯含量增高的现象。受构造影响形成局部变厚的大煤包时，也会出现瓦斯含量增高的现象。这是因为煤包在构造应力作用下，周围煤层被压薄，上下透气性差的岩层这是因为煤包在构造应力作用下，周围煤层被压薄，上下透气性差的岩层形成对大煤包的封闭条件。形成对大煤包的封闭条件。你现在浏览的是第十九页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 火成岩的侵入：火成岩的侵入：岩浆侵入含煤岩系、煤层，使煤、岩层产生膨胀及压缩。火成岩侵入岩浆侵入含煤岩系、煤层，使煤、岩层产生膨胀及压缩。火成岩侵入煤层对瓦斯赋存既有形成、保存瓦斯的作用，也有某些条件下使瓦斯逸散煤层对瓦斯赋存既有形成、保存瓦斯的作用，也有某些条件下使瓦斯逸散的可能。的可能。通常情况下，火成岩侵入带与未侵入带的过渡地带瓦斯含量往往较大，通常情况下，火成岩侵入带与未侵入带的过渡地带瓦斯含量往往较大，如淮北局的杨柳矿，皖北局的卧龙湖矿。如淮北局的杨柳矿，皖北局的卧龙湖矿。岩浆岩侵入带易发生煤与瓦斯突出，如北票矿区，岩浆岩侵入带岩浆岩侵入带易发生煤与瓦斯突出，如北票矿区，岩浆岩侵入带发生的突出（发生的突出（265）次占突出总数的）次占突出总数的25%。这是由于尤其是岩浆岩侵入引。这是由于尤其是岩浆岩侵入引起的煤层局部变质带，当煤的变质程度不一而形成混杂状态时，煤的力学起的煤层局部变质带，当煤的变质程度不一而形成混杂状态时，煤的力学性质的变化，以及由此引起的应力不均匀分布更为明显。性质的变化，以及由此引起的应力不均匀分布更为明显。你现在浏览的是第二十页，共112页1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤化程度：煤化程度：煤是天然吸附体，煤层的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力越强。煤是天然吸附体，煤层的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力越强。在甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化程度不同的煤，其瓦斯含在甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化程度不同的煤，其瓦斯含量不仅不同，而且随深度增加其瓦斯含量增加也不同；量不仅不同，而且随深度增加其瓦斯含量增加也不同；对于高变质无烟煤（挥发分低于对于高变质无烟煤（挥发分低于120mL/g）其瓦斯含量不服从上）其瓦斯含量不服从上述规律。这是因为这种煤的结构发生了质的变化，其瓦斯含量述规律。这是因为这种煤的结构发生了质的变化，其瓦斯含量很低，而且与埋深无关，例如湖南煤田矿区的文化村矿，煤变很低，而且与埋深无关，例如湖南煤田矿区的文化村矿，煤变质已接近石墨（挥发分仅质已接近石墨（挥发分仅3.14%）,煤层瓦斯含量很低。煤层瓦斯含量很低。你现在浏览的是第二十一页，共112页1.2.31.2.3煤层瓦斯运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律煤层的孔隙和裂隙的尺寸是不均匀的，因而在大裂隙带中可能出现煤层的孔隙和裂隙的尺寸是不均匀的，因而在大裂隙带中可能出现紊流，而在微裂隙中则属于层流运动，在微孔中还存在扩散分子滑流。紊流，而在微裂隙中则属于层流运动，在微孔中还存在扩散分子滑流。根据实验室和在现场对瓦斯流动规律的测定，其流动规律主要是遵循根据实验室和在现场对瓦斯流动规律的测定，其流动规律主要是遵循达西定律，即是层流运动。达西定律，即是层流运动。在一般情况下，以达西定律为基础来研究煤层瓦斯流动规律还是可在一般情况下，以达西定律为基础来研究煤层瓦斯流动规律还是可行的，但是在特殊情况下，如石门揭开煤层、瓦斯喷出或突出，则必行的，但是在特殊情况下，如石门揭开煤层、瓦斯喷出或突出，则必须按当时条件加以修正。须按当时条件加以修正。瓦斯在中孔以上的孔隙或裂隙内的运移有层流和紊流两种形式，瓦斯在中孔以上的孔隙或裂隙内的运移有层流和紊流两种形式，而层流运移通常又可分为线性和非线性渗透两种，紊流一般只有而层流运移通常又可分为线性和非线性渗透两种，紊流一般只有发生在瓦斯喷出和煤与瓦斯突出时的瓦斯流动，在原始煤层中瓦发生在瓦斯喷出和煤与瓦斯突出时的瓦斯流动，在原始煤层中瓦斯的运移是层流运动。斯的运移是层流运动。你现在浏览的是第二十二页，共112页1.2.31.2.3煤层瓦斯运移的基本规律线性渗透线性渗透 当瓦斯在煤层中的流动为线性渗透时，即瓦斯流速与煤层当瓦斯在煤层中的流动为线性渗透时，即瓦斯流速与煤层中瓦斯压力梯度成正比时，呈线性规律，符合达西定律。中国中瓦斯压力梯度成正比时，呈线性规律，符合达西定律。中国矿业大学在实验室中对用煤粉压制的圆柱形人工煤样进行的大矿业大学在实验室中对用煤粉压制的圆柱形人工煤样进行的大量瓦斯渗透试验表明：瓦斯在孔隙直径较大的煤样中流动时，量瓦斯渗透试验表明：瓦斯在孔隙直径较大的煤样中流动时，完全服从达西定律。即：完全服从达西定律。即：式中式中 q比流量，比流量，m3/(m2d)透气系数，；透气系数，；P1入口处瓦斯压力平方，入口处瓦斯压力平方，MPa P2出口处瓦斯压力平方，出口处瓦斯压力平方，MPa2；L煤样长度，煤样长度，m。你现在浏览的是第二十三页，共112页1.2.31.2.3煤层瓦斯运移的基本规律非线性渗透非线性渗透 当雷诺数大于一定值以后，瓦斯在煤层中的流动即处于非线性渗当雷诺数大于一定值以后，瓦斯在煤层中的流动即处于非线性渗流而不服从达西定律。在非线性渗流条件下，比流量与压力差之间关流而不服从达西定律。在非线性渗流条件下，比流量与压力差之间关系可用指数方程表示，即：系可用指数方程表示，即：式中式中 qn在在n点的比流量点的比流量m3/(m2d)；m渗透指数渗透指数m12；dP瓦斯压力平方的差，瓦斯压力平方的差，；dn与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，m；透气系数，透气系数，。当当m1时，上式与达西定律相同；当时，上式与达西定律相同；当m1时，表明随着雷诺数增时，表明随着雷诺数增大，流体流动时在转弯、扩大、缩小等局部阻力处引起的压力损耗增大，大，流体流动时在转弯、扩大、缩小等局部阻力处引起的压力损耗增大，致使比流量致使比流量 降低，此时流体在多孔介质中的流动就表现为非线性渗流。降低，此时流体在多孔介质中的流动就表现为非线性渗流。你现在浏览的是第二十四页，共112页1.3 瓦斯压力测定的目的和意义瓦斯压力测定的目的和意义 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 1.2.1 瓦斯的性质及瓦斯的性质及生成生成1.2.2 1.2.2 煤层瓦斯赋存煤层瓦斯赋存1.2.3 1.2.3 煤层瓦斯运移煤层瓦斯运移的基本规律的基本规律 你现在浏览的是第二十五页，共112页1.3 瓦斯压力测定的目的和意义瓦斯压力测定的目的和意义煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤层中瓦是指煤层中瓦斯所具有的气斯所具有的气体压力，由游体压力，由游离瓦斯形成。离瓦斯形成。煤层瓦斯煤层瓦斯含量大小含量大小煤层瓦斯煤层瓦斯流动动力流动动力源源煤与瓦斯煤与瓦斯突出重要突出重要因素因素 评价瓦斯储量、瓦斯评价瓦斯储量、瓦斯涌出量、瓦斯流量的重涌出量、瓦斯流量的重要依据。要依据。瓦斯流动动力高瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力现象低以及瓦斯动力现象的潜能大小的基本参的潜能大小的基本参数。数。瓦斯抽采与瓦斯突出问题瓦斯抽采与瓦斯突出问题中，掌握准确可靠的瓦斯压力中，掌握准确可靠的瓦斯压力数据最为重要。数据最为重要。你现在浏览的是第二十六页，共112页1.4 瓦斯压力测定技术发展概况瓦斯压力测定技术发展概况黄泥封孔；普通水泥浆封孔；胶囊-粘液封孔；胶圈-粘液封孔；聚氨酯泡沫封孔。煤层原始瓦斯含量法；煤层瓦斯涌出量法；残余瓦斯含量法；测压地点深度估算法。压力测压力测定方法定方法1.4.1 1.4.1 瓦斯瓦斯压力直接测压力直接测定法定法1.4.21.4.2瓦斯瓦斯压力间接测压力间接测定法定法你现在浏览的是第二十七页，共112页1.4.11.4.1瓦斯压力直接测定法1、黄泥封孔、黄泥封孔1980年以前，国内外常用固体材料进行封孔。黄泥封孔是常见的固年以前，国内外常用固体材料进行封孔。黄泥封孔是常见的固体材料封孔方法（尤其在石门测压时）的一种。对于孔深体材料封孔方法（尤其在石门测压时）的一种。对于孔深510m，孔，孔径径5075mm，倾角不大的钻孔均可采用该方法进行封孔。该方法以质，倾角不大的钻孔均可采用该方法进行封孔。该方法以质地致密、富于可塑性的半干的黄泥或水泥团为封孔材料。地致密、富于可塑性的半干的黄泥或水泥团为封孔材料。1-压力表；2-三通；3-木楔；4-测压管；5-挡板；6-煤层图4-1 黄泥封孔测压简图你现在浏览的是第二十八页，共112页1.4.11.4.1瓦斯压力直接测定法2、普通水泥浆封孔、普通水泥浆封孔水泥浆液封孔是早期固体材料封孔方法的一种。由于其特殊的物性特水泥浆液封孔是早期固体材料封孔方法的一种。由于其特殊的物性特征和成本较低等优点，致使该方法一直延用至今。水泥浆液封孔是用水征和成本较低等优点，致使该方法一直延用至今。水泥浆液封孔是用水泥浆液代替黄泥和水泥团作为封孔材料密封钻孔，待其凝固后，使用测泥浆液代替黄泥和水泥团作为封孔材料密封钻孔，待其凝固后，使用测压管检测煤层的瓦斯压力。这种封孔方法适用于深度超过压管检测煤层的瓦斯压力。这种封孔方法适用于深度超过15m，倾角，倾角45度以上的钻孔。度以上的钻孔。你现在浏览的是第二十九页，共112页1.4.11.4.1瓦斯压力直接测定法3、胶囊、胶囊-粘液封孔粘液封孔该封孔方法是用两个高压注水胶囊作为封孔段的封闭端，再向胶囊该封孔方法是用两个高压注水胶囊作为封孔段的封闭端，再向胶囊间的密封段内注入密封液的封孔方法。密封液中较大粒径的骨料在胶间的密封段内注入密封液的封孔方法。密封液中较大粒径的骨料在胶囊充水后的压力下堵在较大裂隙中，阻止密封液在较大裂隙中的流失；囊充水后的压力下堵在较大裂隙中，阻止密封液在较大裂隙中的流失；较小粒径的骨料一次充填在较大骨料之间形成了一个骨料塞，密封液较小粒径的骨料一次充填在较大骨料之间形成了一个骨料塞，密封液中的粘液在高压作用下渗过骨料进入孔壁微裂隙中。中的粘液在高压作用下渗过骨料进入孔壁微裂隙中。你现在浏览的是第三十页，共112页1.4.11.4.1瓦斯压力直接测定法4、胶圈、胶圈-粘液封孔粘液封孔1980年中国矿业大学的周世宁教授等研制成功胶圈粘液封孔年中国矿业大学的周世宁教授等研制成功胶圈粘液封孔器。其结构图器。其结构图见下图见下图，用胶圈，用胶圈-粘液封孔器封孔的方法被称为胶粘液封孔器封孔的方法被称为胶圈圈-粘液封孔法。它的主要封孔原理是：以可膨胀伸缩的胶圈作粘液封孔法。它的主要封孔原理是：以可膨胀伸缩的胶圈作为封孔设备，用它封闭高压粘液，再由高压粘液封高压瓦斯，为封孔设备，用它封闭高压粘液，再由高压粘液封高压瓦斯，由压力表测定瓦斯压力。胶圈之间充入的高压粘液，还可以封由压力表测定瓦斯压力。胶圈之间充入的高压粘液，还可以封堵周边岩石的裂隙。堵周边岩石的裂隙。你现在浏览的是第三十一页，共112页1.4.11.4.1瓦斯压力直接测定法5、聚氨酯泡沫封孔、聚氨酯泡沫封孔聚氨酯泡沫封孔是近些年来出现的一种新型封孔方法。它的封孔聚氨酯泡沫封孔是近些年来出现的一种新型封孔方法。它的封孔原理是利用聚氨酯的快速膨胀凝固特性实现钻孔的快速密封。原理是利用聚氨酯的快速膨胀凝固特性实现钻孔的快速密封。你现在浏览的是第三十二页，共112页1.4.11.4.1瓦斯压力直接测定法各种封孔方法的使各种封孔方法的使用条件及优缺点用条件及优缺点你现在浏览的是第三十三页，共112页1.4.2间接测定瓦斯压力法1、煤层原始含量：、煤层原始含量：法测定方法及原理法测定方法及原理 现场钻屑瓦斯解吸现场钻屑瓦斯解吸测量测量 瓦斯解吸时间的确瓦斯解吸时间的确定定 瓦斯损失量的计算瓦斯损失量的计算 根据钻屑解吸速率根据钻屑解吸速率r0 推算瓦斯推算瓦斯 损失量损失量 瓦斯量换算瓦斯量换算你现在浏览的是第三十四页，共112页1.4.2间接测定瓦斯压力法l l煤层瓦斯含量计算煤层瓦斯含量计算煤层瓦斯含量计算煤层瓦斯含量计算 瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯压压压压力力力力反反反反算算算算 你现在浏览的是第三十五页，共112页1.4.2间接测定瓦斯压力法l l统计计算采区总瓦斯量统计计算采区总瓦斯量统计计算采区总瓦斯量统计计算采区总瓦斯量 ：Q Q采区总瓦斯涌出量，采区总瓦斯涌出量，mm3 3；QQ掘、掘、QQ回采、回采、QQ采空采空分别为掘分别为掘进、回采和采空区的总瓦斯涌进、回采和采空区的总瓦斯涌出量，出量，mm3 3；QQ残残残存在运出采落煤炭中的瓦残存在运出采落煤炭中的瓦斯含量，斯含量，mm3 3；XX采区内平均每采区内平均每mm3 3煤炭所含的瓦斯煤炭所含的瓦斯量，量，mm3 3/m/m3 3；采区内的煤总体积，采区内的煤总体积，mm3 3。查右图查右图煤层瓦斯涌出量法这种方法一般只适用于无邻近煤这种方法一般只适用于无邻近煤层的单一煤层，其优点在于根据层的单一煤层，其优点在于根据通风报表即可得出煤层瓦斯压力通风报表即可得出煤层瓦斯压力值，不需专门进行测压工作；但值，不需专门进行测压工作；但其缺点是极其粗略。其缺点是极其粗略。你现在浏览的是第三十六页，共112页1.4.2间接测定瓦斯压力法绘图绘图参与瓦斯含量这种测定方法的优点是井下操作较这种测定方法的优点是井下操作较少，且可适用于煤层测压；但它的缺少，且可适用于煤层测压；但它的缺点是实验室内工作量大点是实验室内工作量大，同时煤结构，同时煤结构有变化，且有变化，且t0时间准确性需商榷等。时间准确性需商榷等。在在岩芯管开始采样前，取样开始立岩芯管开始采样前，取样开始立即计时，取出煤样后迅速放入密封罐即计时，取出煤样后迅速放入密封罐中，记录从取样倒放入罐中的时间中，记录从取样倒放入罐中的时间t0；然后再到实验室中测出没有的剩；然后再到实验室中测出没有的剩余瓦斯含量。测完后再充以瓦斯达余瓦斯含量。测完后再充以瓦斯达到某一瓦斯压力后，突然释放瓦斯，到某一瓦斯压力后，突然释放瓦斯，放散瓦斯的时间与放散瓦斯的时间与t0相同，然后又相同，然后又测其剩余瓦斯含量。如此变换瓦测其剩余瓦斯含量。如此变换瓦斯压力重复这一操作几次，绘制斯压力重复这一操作几次，绘制出真实瓦斯压力和放散瓦斯时间出真实瓦斯压力和放散瓦斯时间t0后的剩余瓦斯含量关系曲线后的剩余瓦斯含量关系曲线，求出，求出真实的瓦斯压力。真实的瓦斯压力。你现在浏览的是第三十七页，共112页1.4.21.4.2间接测定瓦斯压力方法测压地点深度估算法测压地点深度估算法根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，估根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，估计未知开采深度的瓦斯压力值，其关系式为：计未知开采深度的瓦斯压力值，其关系式为：式中式中 P距基表距基表H深处的瓦斯压力，深处的瓦斯压力，MPa；k常数，由统计分析或经验得到，应由具体矿井确定；常数，由统计分析或经验得到，应由具体矿井确定；H距地表的深度，距地表的深度，m。这一估计方法和我国某些瓦斯矿井的情况相符；但是，由于瓦这一估计方法和我国某些瓦斯矿井的情况相符；但是，由于瓦斯压力和地质条件密切联系，因此该方法也仅可作为参考。斯压力和地质条件密切联系，因此该方法也仅可作为参考。你现在浏览的是第三十八页，共112页1.5 瓦斯压力测定国家标准瓦斯压力测定国家标准煤层瓦斯自然渗透，测压室内煤层瓦斯自然渗透，测压室内平衡的瓦斯压力。平衡的瓦斯压力。按测压方式；按测压方式；按封孔材料。按封孔材料。测定地点的选择；测定地点的选择；测定方法的选择；测定方法的选择；钻孔施工；钻孔施工；封孔施工；封孔施工；瓦斯压力观测与确定。瓦斯压力观测与确定。测压规范测压规范1.5.1 1.5.1 测定测定原理原理1.5.21.5.2测压测压方法分类方法分类1.5.31.5.3瓦斯瓦斯压力测定工压力测定工艺艺你现在浏览的是第三十九页，共112页1.5.1测定原理 通过钻孔揭露煤层，安设测定仪通过钻孔揭露煤层，安设测定仪表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。瓦斯压力。你现在浏览的是第四十页，共112页按测压方式按封孔材料1.5.2 测压方法分类1.主动测压法主动测压法 钻孔封完孔后，通过钻孔向被钻孔封完孔后，通过钻孔向被测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方法。补偿气体可选用高压氮气或其法。补偿气体可选用高压氮气或其他惰性气体。补偿气体的充气压力他惰性气体。补偿气体的充气压力应略高于预计煤层瓦斯压力。应略高于预计煤层瓦斯压力。2.被动测压法被动测压法 钻孔封完孔后，通过被测煤钻孔封完孔后，通过被测煤层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯压层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯压力平衡而测定其瓦斯压力的测压力平衡而测定其瓦斯压力的测压方法方法。1.黄泥、水泥封孔测压法黄泥、水泥封孔测压法 封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥混封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥混合物，封孔方式为手工操作，主要适用合物，封孔方式为手工操作，主要适用于石门揭煤的瓦斯压力测定。于石门揭煤的瓦斯压力测定。2.胶囊一密封粘液封孔测压法胶囊一密封粘液封孔测压法 封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔方封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔方式为手工操作。适用于松软岩层或煤巷式为手工操作。适用于松软岩层或煤巷瓦斯压力测定。瓦斯压力测定。3.注浆封孔测压法注浆封孔测压法 封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘液，封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘液，封孔方式为压气注浆器或泥浆泵注浆封封孔方式为压气注浆器或泥浆泵注浆封孔。适用于井下各种条件下的瓦斯压力孔。适用于井下各种条件下的瓦斯压力测定，特别适用于近距离煤层群分煤层测定，特别适用于近距离煤层群分煤层的瓦斯压力测定。的瓦斯压力测定。你现在浏览的是第四十一页，共112页l测定地点的选择测定地点的选择l测定方法的选择测定方法的选择l l钻孔施工钻孔施工钻孔施工钻孔施工 测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法；在松软岩测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法；在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度15m时应采用胶囊一密时应采用胶囊一密封粘液封孔测压法；钻孔长度封粘液封孔测压法；钻孔长度15m时应采用注浆封孔测压法。竖井揭时应采用注浆封孔测压法。竖井揭煤可采用注浆封孔测压法；测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用煤可采用注浆封孔测压法；测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法；测压时间充足时，宜采用被动测压法；测压时间较短时，应注浆封孔测压法；测压时间充足时，宜采用被动测压法；测压时间较短时，应采用主动测压法。采用主动测压法。钻孔的开孔位置应选在岩石钻孔的开孔位置应选在岩石(煤壁煤壁)完整的位置。钻孔施工应保证钻孔平完整的位置。钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔宜穿煤层全厚。钻孔施工好后，应立即清洗钻直、孔形完整，穿层测压钻孔宜穿煤层全厚。钻孔施工好后，应立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔孔，保证钻孔畅通。在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长度煤层厚度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻开始见煤长度及钻孔在煤层中长度煤层厚度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。毕时间。要求要求要求要求同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于距离除石门测压外应不小于20m；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸定地点应选择在石门或岩巷中；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造压圈和采动影响范围；测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且证有足够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。便于安设保护栅栏的地方。要求要求1.5.3瓦斯压力测定工艺你现在浏览的是第四十二页，共112页1.5.3瓦斯压力测定工艺l l封孔施工封孔施工封孔施工封孔施工l l瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定p主动测压法应每天观测一次，被动测压法应至少主动测压法应每天观测一次，被动测压法应至少3天观测一次。在观测中发现瓦斯压力值变化天观测一次。在观测中发现瓦斯压力值变化较大，则应增加观测次数。较大，则应增加观测次数。p采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小于采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小于4MPa时需时需510d；当煤层的瓦斯压力大于；当煤层的瓦斯压力大于4MPa时，则需时，则需2040d；被动测压法时，则视煤层的；被动测压法时，则视煤层的瓦斯压力及透气性大小的不同，需瓦斯压力及透气性大小的不同，需30d以上。以上。p将观测结果绘制在以时间（将观测结果绘制在以时间（d）为横坐标，瓦斯压力（）为横坐标，瓦斯压力（MPa）为纵坐标的坐标图上，当测压时间达到规定时，如压力）为纵坐标的坐标图上，当测压时间达到规定时，如压力变化小于变化小于0.005 MPa/d，测压工作即可结束；对于上向，测压工作即可结束；对于上向测压钻孔，在结束测压工作、撤卸表头时测压钻孔，在结束测压工作、撤卸表头时(撤表头时应撤表头时应制定相应的安全措施制定相应的安全措施)，应测量从钻孔中放出的水量，应测量从钻孔中放出的水量，根据钻孔参数、封孔参数计算出钻孔水的静水压力，根据钻孔参数、封孔参数计算出钻孔水的静水压力，并从测定压力中扣除。对水平及下向测压孔则以测定并从测定压力中扣除。对水平及下向测压孔则以测定值作为瓦斯压力值；同一地点以最高瓦斯压力作为测值作为瓦斯压力值；同一地点以最高瓦斯压力作为测定结果。定结果。封孔深度封孔深度A.封孔深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要封孔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：求：a)黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于黄泥、水泥封孔测压法的封孔深度应不小于5m；b)胶囊胶囊-粘液