瓦斯抽采系统与基本参数 课件.ppt

1,煤矿瓦斯抽采系统及抽采基本参数,俞启香(教授、博导、国家安全生产专家）中国矿业大学国家煤矿瓦斯治理工程研究中心,2,主要内容,一、煤矿瓦斯抽采系统二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理三、瓦斯抽采基本参数 1、煤层瓦斯压力 2、煤层瓦斯含量 3、煤层透气性系数 4、钻孔流量衰减系数 5、矿井瓦斯储量 6、可抽瓦斯量 7、瓦斯抽采率 8、瓦斯抽采量(标量)换算 9、一些单位换算,3,一、煤矿瓦斯抽采系统,4,一、煤矿瓦斯抽采系统,煤矿瓦斯抽采系统是指借助钻孔、巷道或向采空区埋管等工程设施收汇瓦斯源，经管路和瓦斯泵等装备进行安全抽采、检测或监测监控和压送工作系统的总称。,5,一、煤矿瓦斯抽采系统,1、建立条件 1）建立抽采瓦斯系统条件 有下列情况之一的矿井，必须建立地面永久抽采瓦斯系统或井下临时抽采瓦斯系统：（1）一个采煤工作面瓦斯涌出量5m3min或一个掘进工作面瓦斯涌出量3m3min，用通风方法解决瓦斯问题不合理的（2）矿井绝对瓦斯涌出量Qch4达到以下条件的：QCH4 40m 3min；矿井年产量1.01.5Mt，QCH4 30 m3min；矿井年产量0.61.0Mt，QCH4 25 m3min；矿井年产量0.40.6Mt，QCH4 20 m3min；矿井年产量 0.4Mt，QCH4 15 m3min;（3)开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。,6,一、煤矿瓦斯抽采系统,1、建立条件 2）建立地面永久瓦斯抽采系统条件：应同时具备2个条件：瓦斯抽采系统的抽采量可稳定在2m m3min 以上。瓦斯资源可靠、储量丰富，预计瓦斯抽放服务年限在10年以上。,7,一、煤矿瓦斯抽采系统,1、建立条件,地面抽采瓦斯泵站,8,一、煤矿瓦斯抽采系统,1、建立条件 3）建立井下临时抽放系统规定 不具备建立永久瓦斯抽放系统条件的，应建立井下临时抽放系统，其应遵守下列规定：（1）井下临时泵站应安设在抽放瓦斯地点附近的新鲜风流中。（2）抽出的瓦斯可引排到地面、总回风巷、一翼回风巷或分区回风巷，但必须保证稀释后风流中的瓦斯浓度不超限。在建有地面永久抽放系统的矿井，移动泵站抽出的瓦斯可送至地面永久抽放系统的管路，但矿井抽放系统的瓦斯浓度应遵守有关规定。,9,一、煤矿瓦斯抽采系统,1、建立条件3）建立井下临时抽放系统规定：（3）抽出的瓦斯排入回风巷时，在排瓦斯管路出口必须设置栅栏、悬挂警戒牌等。栅栏设置的位置是上风侧距管路出口5m、下风侧距管路出口30m，两栅栏间禁止任何作业。,10,一、煤矿瓦斯抽采系统,1、建立条件 3）建立井下临时抽放系统规定：(4）在下风侧栅栏外必须设甲烷断电仪或矿井安全监控系统的甲烷传感器，巷道风流中瓦斯浓度超限时，实现报警、断电，并进行处理。(5）井下移动泵站必须实行“专用变压器、专用开关和专用线路”供电。,11,12,一、煤矿瓦斯抽采系统,2、抽采瓦斯的安全规定抽放瓦斯必须遵守下列规定：。1）利用瓦斯时，瓦斯浓度不得低于30%，且在利用瓦斯的系统中必须装设有防回火、防回气和防爆炸作用的安全装置。不利用瓦斯、采用干式抽放瓦斯设备时，抽放瓦斯浓度不得低于25%。2）井上下敷设的瓦斯管路，不得与带电物体接触并应有防止砸坏管路的措施。,13,一、煤矿瓦斯抽采系统,2、抽采瓦斯的安全规定：3）在有自然发火危险煤层的采空区抽采瓦斯时，必须经常检测CO浓度和气体温度等有关参数的变化。发现有自然发火征兆时，要采取措施。抽出瓦斯浓度不得低于25。应采用自动监控装置，以保证抽采工作的安全。,14,？,15,一、煤矿瓦斯抽采系统,3、地面管路布置 地面管路布置应符合下列要求：1)尽量避免布置在车辆频繁的主干道旁；2)不得将抽瓦斯管路和自来水管、暖气管、下水道管、动力电缆、照明电缆及通讯电缆等敷设在同一条地沟内。3)主干管应与城市、矿区发展规划建筑布置相结合。,16,一、煤矿瓦斯抽采系统,3、地面管路布置 地面管路布置应符合下列要求：4)抽瓦斯管道与地上、下建(构)筑物及设施的间距应符合工业企业总平面设计规范的有关规定。5)瓦斯管道不得从地下穿过房屋或其它建(构)筑物，一般情况下也不得穿过其它管网，当必须穿过其它管网时，应按有关规定采取措施。6）通往井下的抽采管路应采取防雷措施。,17,一、煤矿瓦斯抽采系统,4、井下管路布置与安设 1）管路布置 由矿井生产及其发展等因素确定，应符合下列要求：（1)抽采管路拐弯少、长度短。（2)抽采管路宜沿回风巷或矿车不经常通过的巷道布置；若设于主要运输巷内，在人行道侧其架设高度不应小于1.8m，并固定在巷道壁上，与巷道壁的距离应满足检修要求；抽采管件的外缘距巷道壁不宜小于0.1m。（3)当抽采设备或管路发生故障时，管路内的瓦斯不得流入采掘工作面及机电硐室内。（4)管道运输、安装和维护方便。,18,4、井下管路的布置与安设 2）管路安设（1）在倾斜巷道中，管路应设防滑卡，28。以下的斜巷，防滑卡间距一般取1520m，斜巷管路下端应按设放渣器。（2）管路应有一定的坡度，一般1，在管路最低点应安设放水器。（3）抽采管路应采取防腐蚀、防漏气、防砸坏、防带电等措施。,一、煤矿瓦斯抽采系统,19,一、煤矿瓦斯抽采系统,5、抽采管路附属装置及设施：1)主管、分管、支管及其与钻场连接处应装设瓦斯流量计量装置。2)抽放钻场、管路拐弯、低洼、温度突变处及沿管路每隔200300m，（最大不超过500m)应设置放水器。3)在抽采管路的适当部位应设置除渣装置和测压装置。,20,一、煤矿瓦斯抽采系统,5、抽采管路附属装置及设施：,人 工 放 水 器,21,一、煤矿瓦斯抽采系统,5、抽采管路附属装置及设施：4)管路分岔处应设置控制阀门，阀门规格应与管径相匹配。5)地面主管上的阀门应设置在地表下用不燃性材料砌成的不透水的观察井内，其间距一般为5001000m。6）宜选用快速接头等新材料、新设备。,22,6、抽采瓦斯泵站1）抽采瓦斯泵站位置应符合下列要求：（1）设在不受洪涝威胁且工程地质条件可靠地带，应避开滑坡、溶洞、断层破碎带及塌陷区等。（2）宜设在回风井工业场地内，站房距井口和主要建筑物及居住区不得小于50m。（3）站房及站房周围20m范围内严禁明火。（4）站房应建在靠近公路和有水源的地方。（5）站房进出管路应考虑敷设方便；有利瓦斯输送，并尽可能留有扩能的余地。,一、煤矿瓦斯抽采系统,23,6、抽采瓦斯泵站2）抽采泵站建筑应符合下列要求：(1)站房建筑必须采用不燃性材料，耐火等级为二级（2）站房周围必须设置栅栏或围墙。,一、煤矿瓦斯抽采系统,24,6、抽采瓦斯泵站3)站房管道系统设置应有防爆、防回火、放水、放空及压力、流量、浓度测量等装置，并应设置采样孔、阀门等附属装置，放空管设置在泵的进、出口，管径大于或等于泵的进、出口直径，放空管口应高出泵房屋顶3m以上。4)泵房内电气设备、照明和其它电气、检测仪表均应采用矿用防爆型。,一、煤矿瓦斯抽采系统,25,6、抽采瓦斯泵站,一、煤矿瓦斯抽采系统,水封式防爆防回火装置,铜网式防爆防回火装置,26,6、抽采瓦斯泵站5)站场应有防雷电、防火灾、防洪涝、防冻等设施。6)抽采瓦斯泵站应有双回供电线路。7）站房必须有直通矿并调度室的电话。8）抽采泵站应有供排水系统。站房设备冷却水一般采用闭路循环。给水管路及水池容积均应考虑消防水量。污水应设置地沟排放。,一、煤矿瓦斯抽采系统,27,6、抽采瓦斯泵站9）抽采泵站采暖与通风应符合现行的煤炭工业矿井设计规范的有关规定。10）废水、噪声和放空瓦斯不得超过环保指标，否则，应有治理措施。11）抽采泵站场地应搞好绿化。12）抽采泵站建筑用地应符合煤炭工业工程项目建设用地指标的有关规定。,一、煤矿瓦斯抽采系统,28,6、抽采瓦斯泵站13）干式抽放瓦斯泵吸气测管路系统必须装设防回火、防回气、防爆炸的安全装置。14）矿井抽放瓦斯系统应装设监控设备，监测抽放管道中的瓦斯浓度、流量、负压、温度和一氧化碳等参数，同时监测水位和抽放站内瓦斯泄漏等。当出现瓦斯浓度过低、瓦斯泄漏和一氧化碳超限等情况时，应能报警相对抽放泵主电源断电。,一、煤矿瓦斯抽采系统,29,6、抽采瓦斯站15）抽放站内应配置专用检测各项参数的仪器仪表。16）抽采瓦斯泵站必须建立瓦斯抽采参数监控系统(1)用途 连续监测抽采管路系统中的瓦斯浓度、流量、正压、负压、温度及一氧化碳等参数和泵房内泄漏瓦斯浓度、抽放泵和电机的轴温等参数，由微机完成测量显示、打印等功能。当任一参数超限时，可发出声光报警信号，并按给定的程序停止或启动抽采泵。(2)使用条件：供电电压：380V；相对湿度：98；使用温度：20400。,一、煤矿瓦斯抽采系统,30,31,一、煤矿瓦斯抽采系统,6、抽采瓦斯站16）抽采瓦斯泵站监测系统(3)技术参数：管道内瓦斯浓度：0100CH4；管道内气体的流量：0150m3min；正压：0100kPa；负压：0100kPa；泵压内泄漏瓦斯浓度：04CH4；抽放泵和电机轴温：最多8点；测量精度：05满量程；警报点误差：满量程不大于i05；轴温警报误差：不大于士2。(3)使用条件：供电电源：一220V土l0；工作环境温度：1525；相对湿度：不大于85。,32,(3)抽采泵站监测系统监测参考指标如右表所示：,一、煤矿瓦斯抽采系统,6、抽采瓦斯站15）抽采瓦斯泵站监测系统,33,34,35,一、煤矿瓦斯抽采系统,7、钻场钻孔布置1)钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带.便于维护，利于封孔，保证抽放效果。2)尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场。3)对开采层未卸压抽放，除按钻孔抽放半径确定合理的孔间距外，应尽量增大钻孔的见煤长度。,36,中梁山底板网格式穿层钻孔预抽煤层瓦斯方法,底板岩巷,穿层钻孔,放水器,流量计,瓦斯抽采干管,37,焦作本煤层顺层钻孔预抽瓦斯方法,钻孔施工,38,顶板走向穿层钻孔抽采卸压瓦斯方法,铁法晓南矿顶板走向穿层钻孔抽采卸压瓦斯方法,钻孔长度：170200m钻场间距：130m,39,顶板倾斜高抽巷抽采卸压瓦斯法,顶板走向高抽巷抽采卸压瓦斯法,顶板倾斜钻孔抽采卸压瓦斯法,阳泉上邻近层卸压瓦斯抽采方法,40,一、煤矿瓦斯抽采系统,7、钻场钻孔布置 4)邻近层卸压抽放，应将钻孔打在采动形成的裂隙带内，并避开冒落带。5)强化抽放布孔方式应根据所采取的措施确定，除应取得好的抽放效果外，还应考虑施工方便。6)采取边采边抽时，宜让钻孔方向与开采推进方向相迎，避免采动首先破坏孔口或钻场。,41,钻孔施工,封堵钻孔施工,抽采卸压瓦斯,采煤工作面,松藻煤矿被保护层卸压瓦斯抽采方法,42,一、煤矿瓦斯抽采系统,7、钻场钻孔布置7)钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理。8)穿层孔应终孔在穿过煤层顶(底)板0.5m处。9）“多打孔、严封闭、综合抽”是加强瓦斯抽采工作的方向，抽采瓦斯矿井要增加抽采瓦斯钻孔量，提高瓦斯管路敷设质量、严封孔及采用综合抽采方法，以提高抽采效果。10）为提高抽采效果，可采用人为的卸压措施，如水力冲孔、割缝、压裂和深孔控制卸压爆破等。,43,阳泉一矿瓦斯抽采系统,顶板倾斜钻孔,安全出口,瓦斯泵房,储瓦斯罐,进风平硐,顶板倾斜钻孔,顶板倾斜钻孔,瓦斯管,瓦斯管,44,松藻打通二矿瓦斯抽采系统示意图,45,一、煤矿瓦斯抽采系统,8、抽采瓦斯管路参数的确定 1）管径应按最大流量分段计算，并与抽采设备能力相适应。抽采系统管材的备用量可取10。2）当采用专用钻孔敷设抽采管路时，专用钻孔直径应比管道外形尺寸大100mm；当沿竖井敷设抽采管路时，应将管道固定在罐道梁或专用管架上。,46,一、煤矿瓦斯抽采系统,8、抽采瓦斯管路参数的确定 3）抽采管路总阻力包括摩擦阻力和局部阻力；摩擦阻力可用低负压瓦斯管路阻力公式计算；局部阻力可用估算法计算，一般取摩擦阻力的1020。矿井抽采系统的总阻力，必须按管网最大阻力计算。4）矿井抽采瓦斯设备的能力，应满足矿井抽采瓦斯期间或在抽采瓦斯设备服务年限内所达到的开采范围的最大抽采量和最大抽采负压的要求，且应有不小于15的富裕能力。,47,一、煤矿瓦斯抽采系统,8、抽采瓦斯管路参数的确定 5）在一个抽采泵站内，抽瓦斯泵及附属设备只有套工作时，应备用一套；两套或两套以上工作时，其备用量可按工作数量的60计。钻机备用量按工作台数的60计。6）抽采管路应具有良好的气密性、足够的机械强度，并应满足防冻、防腐蚀的要求。,48,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,49,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,1、煤矿瓦斯抽采工程设计要点1)矿井概况：煤层赋存条件、矿井煤炭储量、生产能力、巷道布置、采煤方法及通风状况。2)瓦斯基础数据：瓦斯鉴定参数，矿井瓦斯涌出量，煤层瓦斯压力、含量，矿井瓦斯储量及可抽量，煤层透气性系数与钻孔瓦斯流量及其衰减系数。3)抽采方法：钻孔(巷道)布置与抽采工艺参数。4)抽采设备：抽采泵、管路系统、监测及安全装置。,50,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,1、煤矿瓦斯抽采工程设计要点5)泵站建筑：泵房、供水、供电、采暖、避雷及其它。6)瓦斯利用：利用方式和利用量、利用方案、资金概算。7)技术经济指标：投资概算及工期。8)设计文件：设计说明书、设备与器材清册、资金概算、图纸。,51,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,2、抽采瓦斯矿井必备的技术管理资料1图纸 1)抽采瓦斯系统图；2)泵站平面与管网(包括阀门、安全装备、检测仪表等)布置图；3)抽采钻场及钻孔布置图；4)泵站供电系统图。2记录 1)抽采工程和钻孔施工记录；2)抽采参数测定记录；3)泵房值班记录。,52,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,2、抽采瓦斯矿井必备的技术管理资料3）报表。1)抽采工程年、季、月报表；2)抽采量年、季、月、旬报表。4）台账。1)抽采设备台账；2)抽采工程台账；3)抽采量台账。5）报告1)矿井和采区抽采工程设计文件及竣工报告；2)瓦斯抽采总结与分析报告。,53,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,3、抽采瓦斯技术管理指标1)瓦斯抽采参数(抽采量、瓦斯浓度、负压、正压、大气压、温度)测定。可安装自动检测系统监测，当人工测定时，泵房内每小时测定1次，井下干管、支管每周测定1次。2)抽采量的计算要统一换算成用大气压为101.325kPa、温度为20标准状态下的数值。,54,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,3、抽采瓦斯技术管理指标3)地面永久抽采系统的年抽采瓦斯量不小于100万m3，井下临时（移动）泵站不小于10万m3。4)瓦斯抽出率。(1)预抽煤层瓦斯的矿井：矿井抽出率不小于20回采工作面抽出率不小于25；(2)邻近层卸压瓦斯抽采的矿井：矿井抽出率不小于35，回采工作面抽出率不小于45；(3)采用混合抽采方法的矿井：矿井抽出率不小于25。,55,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,3、抽采瓦斯技术管理指标5)预抽煤层瓦斯的钻孔量：(1)采用顺层孔抽采时钻孔量见下表；(2)采用穿层孔抽采时，钻孔见煤点的间距可参照下列数据：容易抽采煤层1520m；可以抽采煤层1015m；较难抽采煤层810m。,吨煤钻孔量表 单位：mt,56,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,3、抽采瓦斯技术管理指标6）钻机效率,57,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,3、抽采瓦斯技术管理指标7）封 孔(1)钻孔封孔设计应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、造价低的要求。(2)封孔方法的选择应根据抽采方法及孔口所处煤(岩)层位、岩性、构造等因素综合确定，因地制宜选用新方法、新工艺，并应符合下列要求：岩壁钻孔；宜采用封孔器封孔。煤壁钻孔，宜采用充填材料进行压风封孔。封孔材料应根据具体条件优先选用膨胀水泥、聚氨脂等新型材料。在钻孔所处围岩条件较好的情况下，可选用水泥砂浆或其它封孔材料。,58,二、煤矿瓦斯抽采工程设计要点与技术管理,3、抽采瓦斯技术管理指标7）封 孔 封孔长度应根据钻孔孔口段煤(岩)性质、裂隙发育程度及孔口负压等因素确定，并应符合防突规定第50条规定和下列要求：a)孔口段围岩条件好、构造简单、孔口负压中等时，封孔长度不小于5m。b)孔口段围岩裂隙较发育、或孔口负压很高时，封孔长度可适当加长到68m。c)对于在煤壁开孔的钻孔，封孔长度不小于8m。当采用地面钻孔抽采瓦斯时，抽采结束后应全孔封孔。,59,三、瓦斯抽采基本参数,60,三、瓦斯抽采基本参数,矿井应抽采与利用瓦斯，并且提前35年制定抽采与利用瓦斯规划，每年年底前编制下年度的抽采瓦斯与利用计划，以确保抽采瓦斯工作面的正常衔接，做到“抽、掘、采”平衡。瓦斯抽采基本参数是抽采与利用瓦斯规划、设计和技术管理的基本科学依据与基础，应保证测定数据的真实与准确。每个采区垂深每增加50m，应测定煤层原始瓦斯含量和压力。瓦斯抽采量的计量器具必须采用符合国家标准的计量器具。,61,三、瓦斯抽采基本参数,瓦斯来源分析 矿井瓦斯来源是确定抽放方法的主要依据，因此，应尽量详细地做好下述测定工作：(1)必须测定出掘进、采煤与采空区的瓦斯涌出量分别占全矿井瓦斯涌出量的比例；(2)必须准确地判断出采区工作面的瓦斯主要是来自本煤层还是邻近层。一般把回采工作面老顶初次冒落前的平均瓦斯涌出量认为是本煤层的瓦斯涌出量。而将老顶初次冒落后的平均瓦斯涌出增加量认为是邻近层的瓦斯涌出量。,62,三、瓦斯抽采基本参数,1瓦斯压力1）定义、重要性与规律（1）定义：煤层瓦斯压力是煤中游离瓦斯分子热运动撞击所形成的压强。未受采动影响区域的瓦压力称为原始瓦斯压力，受采动影响已排放瓦斯区域的煤层瓦斯压力称为残存瓦斯压力。（2）重要性：煤层瓦斯压力是决定煤层瓦斯含量和突出危险性大小的主要因素之一，是进行瓦斯管理等工作的基础参数。,63,三、瓦斯抽采基本参数,1瓦斯压力1）定义、重要性与规律（3）分布规律：当煤层有露头时，在瓦斯风化带以下，甲烷带上部边界煤层瓦斯压力一般为0.250.3MPa，煤层瓦斯压力随深度而增加。根据北票、南桐、天府、鸡西等矿井统计，每100m垂深，瓦斯压力约增加0.060.16MPa。煤层连续稳定同一深度的瓦斯压力基本相同。如中梁山煤矿K1煤层在垂深378m水平沿走向128m范围内，实测瓦斯压力均在2.8MPa左右。地质构造带煤层瓦斯压力可能异常。,64,三、瓦斯抽采基本参数,1瓦斯压力1）定义、重要性与规律（3）分布规律：,我国部分矿井实测煤层原始瓦斯压力及其梯度表,65,三、瓦斯抽采基本参数,1瓦斯压力2）瓦斯压力的测定 煤层瓦斯压力测定方法有直接测定法和间接测定法2类。直接测定法分为打钻、封孔、测压3个步骤。其关键的是严密封闭钻孔，微量的漏气将导致测得瓦斯压力值大大小于真实的瓦斯压力值。传统的测定方法是在岩石巷道中向煤层打钻孔，然后用不同材料封堵孔口，最后安设测压表测压。近年中国研制了新封孔材料和方法，很好地解决了煤层中的钻孔封孔不严的难题，因而目前也可在煤层中打钻测压。封孔的方法有人工填料封孔、机械压入填料封孔、胶圈封孔、胶囊密封液封孔和三相泡沫密封煤层钻孔等。只要封孔严密，直接测定法能测出准确的瓦斯压力值，应用普遍。,66,Prof.Dr.Cheng,三、瓦斯抽采基本参数1瓦斯压力2）瓦斯压力的测定,人工填料封孔示意图,67,三、瓦斯抽采基本参数1瓦斯压力2）瓦斯压力的测定,机械压入填料封孔示意图,68,三、瓦斯抽采基本参数1瓦斯压力2）瓦斯压力的测定,胶圈密封液封孔示意图,69,三、瓦斯抽采基本参数,1瓦斯压力2）瓦斯压力的测定测定选点与测定工作应注意：(1)测定地点要选在无断层、裂隙等地质构造处，瓦斯赋存状况要具有代表性；(2)测压巷道距煤层的岩柱距离不应小于10m；(3)测压孔的孔径以75mm为宜，要贯穿整个煤层(厚煤层应钻入煤层3m以上)，完钻后应及时封孔，封孔要严密，测压管接头不得漏气。,70,三、瓦斯抽采基本参数,1瓦斯压力3）瓦斯压力间接测定方法：测定出煤层瓦斯含量后，按式下计算瓦斯压力：X=abp/(1+bp)(100-Aad-Wad）/1001/(1+0.31Wad)+10kp/r（1）式中 X 煤层瓦斯含量，m3/t；a、b 吸附常数；p煤层绝对瓦斯压力，MPa；Aad煤的灰分，%；Wad煤的水分，%；k煤的孔隙率，m3/m3；r 煤的容重(假比重)，t/m3。,71,三、瓦斯抽采基本参数,2、煤层瓦斯含量 1）定义 在自然条件下，单位质量或体积的煤体中所含的瓦斯量。m3/t煤或m3/m3煤.2）重要性：煤层瓦斯含量是决定煤层瓦斯储量、瓦斯涌出量和突出危险性大小的主要因素之一，是进行瓦斯管理等工作的基础参数。,72,Prof.Dr.Cheng,三、瓦斯抽采基本参数,2、煤层瓦斯含量3）煤层瓦斯含量测定：可采用直接法测定或用间接法计算。（1）地勘解吸直接法（2）井下解吸直接法（3）间接法实测出煤层瓦斯压力后，按前述式（1）计算瓦斯含量,73,Prof.Dr.Cheng,三、瓦斯抽采基本参数,2、煤层瓦斯含量3）煤层瓦斯含量测定：（1）地勘解吸法地勘解吸法的基本原理及依据为：煤层原始瓦斯含量X0由取芯过程煤样漏失瓦斯量V1、地面解吸瓦斯测定量V2和残存瓦斯量V3构成,X0=V1+V2+V3；在一定时间内，煤样在地面的解吸瓦斯量与解吸时间之间遵循V2(t0+t)0.5关系；煤芯提至钻孔深度的一半时开始解吸瓦斯；取芯过程中煤样瓦斯漏失量可按V1(t0+t)0.5推算；煤芯在地面的解吸瓦斯量V2由煤芯瓦斯解吸仪测得；残存瓦斯量V3由真空脱气测定装置测得。,74,Prof.Dr.Cheng,直接法测定煤层瓦斯含量仪表与曲线图,75,Prof.Dr.Cheng,三、瓦斯抽采基本参数,2、煤层瓦斯含量3）煤层瓦斯含量测定：地勘解吸法的评价：从地勘解吸法十年多来的应用情况统计分析结果看出：和早期采用的密闭罐法、集气法相比，地勘解吸法煤层瓦斯含量测值成功率和可靠性都有较大幅度的提高，但测值仍有较大的误差：孔深小于500m时，地勘瓦斯含量有约70%的测值偏低1525%，20%的测值偏高1015%，整体测值偏低约1015%；煤层埋深大于500m，特别是达到800m以上时，普遍具有测值偏低程度随孔深增加而加大的趋势，有85%以上的测值低3040%，最高达到50%以上，只有不足8%的测值偏高510%。,76,三、瓦斯抽采基本参数,2、煤层瓦斯含量 3）煤层瓦斯含量测定：（2）井下解吸法该方法是在地勘解吸法原理基础上改进、发展形成的直接在井下测定煤层瓦斯含量的方法，它在我国煤矿本煤层、邻近层瓦斯含量测定中广为采用，但至今尚无行业标准。测定时，先在煤层打钻孔，采集钻（煤）屑（本煤层）或打穿层钻孔采集煤芯（邻近层），然后测定采集的煤屑样在空气介质中的瓦斯解吸规律，并据此推算钻屑或煤芯在采集过程中试样的漏失瓦斯量，最后根据漏失瓦斯量、解吸瓦斯量、残存瓦斯量和煤样重量计算煤层原始瓦斯含量。,77,三、瓦斯抽采基本参数,2、煤层瓦斯含量 3）煤层瓦斯含量测定：（2）井下解吸法井下解吸法采用如下方法推算试样采集过程中的漏失瓦斯量：试样的瓦斯解吸从到达既定深度（本煤层）或穿透岩层见煤（邻近层）时开始计时；本煤层钻屑采集过程中试样的漏失瓦斯量按Q(t0+t)0.5规律推算，邻近层穿层钻孔煤芯采集过程试样漏失瓦斯量按Q(t0+t)0.5规律推算。,78,三、瓦斯抽采基本参数,煤层透气性系数是衡量煤层透气性大小的指标。物理意义是在1m3煤体的两侧，压力平方差为1MPa2时，通过1m长度的煤体，在1m2煤面积上每天流过的瓦斯量。煤层透气性系数在不同地点相差很大。在集中应力带，煤层透气性可降低一半或更多；而在卸压带，则可增加几十倍到几万倍。,3、煤层透气性系数,79,Prof.Dr.Cheng,测定方法单一钻孔流量法：打一个垂直穿透煤层钻孔，封孔后，测出煤层真实的瓦斯压力，压力值稳定后，打开测压孔排放瓦斯，记录排放瓦斯的时间和流量以及煤层厚度、钻孔直径等参数，利用下表所列公式进行计算。,3、煤层透气性系数,三、瓦斯抽采基本参数,80,三、瓦斯抽采基本参数,部分矿井的煤层透气性系数,81,三、瓦斯抽采基本参数,4、钻孔流量衰减系数1）定义：钻孔瓦斯流量随着时间延续呈衰减变化关 系的系数2）测算方法：选择具有代表性的地区打钻孔，先测其初始瓦斯流量q0，经过时间t后，再测其瓦斯流量qt，然后以下式计算之：qt=q0e-at式中a钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1；q0钻孔初始瓦斯流量，m3min；qt经t时间后的钻孔瓦斯流量，m3min；t时间，d。,82,三、瓦斯抽采基本参数,4、钻孔流量衰减系数 3）用途：可作为评估煤层预抽瓦斯难易程度的指标之一。,煤层抽放瓦斯难易程度分类表,83,三、瓦斯抽采基本参数,5、矿井瓦斯储量 瓦斯储量系指煤田开发过程中，能够向开采空间排放瓦斯的煤岩层储存的瓦斯总量。其计算公式为：WkW1十W2十W3 式中Wk矿井瓦斯储量，万m3；W1可采煤层的瓦斯储量总和，万m3；W1 n Ali Xli Ali矿井每一个可采煤层的煤炭储量，万t；n矿井可采煤层数；Xli每一个可采煤层的瓦斯含量，m3t；,84,三、瓦斯抽采基本参数,5、矿井瓦斯储量 瓦斯储量计算式：WkW1十W2十W3 式中 W2可采层采动影响范围内不可采邻近层的瓦斯储量总和，万m3;n W2AiXi i=1 Ai可采层采动影响范围内每一个不可采煤层的煤炭储量，万t。采动影响范围，上邻近层取5060m，下邻近层取2030m；Xi可采层采动影响范围内每一个不可采煤层的瓦斯含量，m3t；n矿井可采煤层采动影响范围内的不可采煤层数；W3围岩瓦斯储量，万m3,当围岩瓦斯很小时,W3=0；若含瓦斯量多时，可据经验取之或实测而定。,85,三、瓦斯抽采基本参数,6、可抽瓦斯量 可抽瓦斯量是指瓦斯储量中在当前技术水平能被抽出来的最大瓦斯量。可抽瓦斯量概算法是：可抽瓦斯量瓦斯储量x抽采率,86,三、瓦斯抽采基本参数,7、瓦斯抽采率(1)矿井(或采区)抽采率：dk100 Qkc/（Qkc十Qkf)式中dk 矿井(或采区)抽放率，%；Qkc矿井抽采瓦斯量，m3min；Qkf矿井风排瓦斯量，m3min。,87,7、瓦斯抽采率(1)瓦斯管道流量测量：测速管（皮托管 Pitot）同心套管与压差计,88,7、瓦斯抽采率(1)瓦斯管道流量测量孔板流量计 孔板：测量元件；缩脉：孔板后1/32/3 d 处。,89,孔板（伯努利原理)流量计,90,7、瓦斯抽采率(1)瓦斯管道流量测量 V锥流量计,V型锥流量计是20世纪80年代提出具有革命性的新型流量计，它是一个悬挂在管道中央的锥形体，高压P1取自锥体前流体未扰动的管壁；低压P2取自后锥体中央，差压P=P1-P2的平方根与流量成正比。,L,91,7、瓦斯抽采率(1)瓦斯管道流量测量 V锥流量计,V型锥流量传感器的工作原理,92,流量测量方法及其比较,93,流量测量方法及其比较,94,三、瓦斯抽采基本参数,7、瓦斯抽采率(2)矿井(或采区)抽采率：dk100 Qkc/（Qkc十Qkf)式中dk 矿井(或采区)抽放率，%；Qkc矿井抽采瓦斯量，m3min；Qkf矿井风排瓦斯量，m3min。,95,三、瓦斯抽采基本参数,7瓦斯抽采率(3)工作面(开采层)瓦斯抽放率：dgk=100 Qs/Wg 式中dgk工作面(开采层)瓦斯抽放率，；Qs在一定时间内工作面(开采层)抽出的总瓦斯量，万m3；Wg抽放工作面(开采层)的瓦斯储量，万m3。(4)工作面(邻近层)瓦斯抽放率：dgl=100 qlc/(qlc十qy)式中qlc工作面(邻近层)瓦斯抽放率，；qlc工作面(邻近层)瓦斯抽放量，m3min；qy工作面(邻近层)涌向工作面的瓦斯量，m3min。,96,三、瓦斯抽采基本参数,8、瓦斯抽采量(标量)换算 Q标=Q测 p1T标/T1 p标 式中Q标标准状态下的抽放瓦斯量，m3/min；Q测测得的抽放瓦斯量，m3min p1测定时管道内气体绝对压力，MPa；T1测定时管道内气体绝对温度，K T1=t十273 t测定时管道内气体摄氏温度,；p标标准绝对压力，0.1MPa T标标准绝对温度，(20十273)K。,97,三、瓦斯抽采基本参数,9、一些单位换算：1毫米汞柱(mmHg)133.322Pa；1毫米水柱(mmH2O)9.80665Pa；1千克力/厘米2(kgfcm2)9.80665x104Pa；1标准大气压(atm)1.01325105Pa。煤层透气性系数1m2/(MPa2.d)渗透率0.025mD(毫达西),98,感谢各位领导、专家,