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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
1、范围
本标准规定了井下直接测定煤层瓦斯含量的采样方法、 解吸瓦斯量测定方法、 损失瓦斯量补 偿方法、残存瓦斯量测定方法及煤层瓦斯含量的计算方法。 本标准适用于煤矿井下利用解吸法直接测定煤层瓦斯含量。 本标准不适用于严重漏水钻孔、瓦斯喷出钻孔及岩芯瓦斯含量测定。

2、仪器设备
a)煤样罐: 罐内径大于 60mm, 容积足够装煤样 400g 以上, 在 1.5MPa 气压下保持气密性; b)瓦斯解吸速度测定仪(简称解吸仪,如图 1 所示):量管有效体积不小于 800cm3,最小 刻度 2 cm3; c)空盒气压计:(80~106)Kpa,分度值 0.1kPa; d)秒表; e)穿刺针头或阀门; f)温度计:(-30~50)℃; g)真空脱气装置或常压自然解吸测定装置; h)球磨机或粉碎机; i)气相色谱仪:符合 GB/T 13610 要求; j)天秤:秤量不小于 1000g,感量不大于 1g; k)超级恒温器,最高工作温度(95~100)℃。

3、采样
1)采样前准备 (1)所有用于取样的煤样罐在使用前必须进行气密性检测;气密性检测可通过向煤样罐内 注空气至 表压 1.5MPa 以上,关闭后搁置 12h,压力不降方可使用。禁止在丝扣及胶垫上涂润滑油。 (2)解吸仪在使用之前,将量管内灌满水,关闭底塞并倒置过来(见图 1),放置 10min 量管内水 面不动为合格。

2)煤样采集 (1)采样钻孔布置 同一地点至少应布置两个取样钻孔,间距不小于 5m。 (2)采样方式 在未经过瓦斯抽采的石门、岩石巷道或新暴露的采掘工作面向煤层打钻,用煤芯采取器(简 称煤芯 管)采集煤芯或定点取样采集煤屑,采集煤芯时一次取芯长度应不小于 0.4m。 (3) 采样深度 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: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,但不得小于 12m;在石门或岩石巷道采样时,距煤 层的垂直距离 应视岩性而定,但不得小于 5m。测定残余瓦斯含量时,取样不受此限制。 (4)采样时间 采样时间是指用于瓦斯含量测定的煤样从割芯 (或钻屑) 到被装入煤样罐密封所用的实际时 间。采 样时间越短越好,但不得超过 30min。 (5)取出煤芯后,对于柱状煤芯,采取中间含矸石少的完整的部分;对于粉状及块状煤芯, 要剔除 矸石、泥石及研磨烧焦部分。不得用水清洗煤样,保持自然状态装入密封罐中,不可压实, 罐口保留约 10mm 空隙。 (6) 煤样罐密封前, 先将穿刺针头插入罐盖上部的密封胶垫, 以避免造成煤样罐憋气现象, 然后再 用扳手拧紧罐盖,再将排气管与穿刺针头连接来测定瓦斯解吸速度。 (7)参数记录 采样时,应同时收集以下有关参数记录在附录 A: a) 地质参数:取样地点、煤层名称、埋深(地面标高、煤层底板标高)、采样深度、钻孔 方位、 钻孔倾角;

b) 时间参数:采样日期、取芯(屑)开始时间、取芯(屑)结束时间、煤样装罐结束时间; c) 样品参数:罐号、样品编号。

4、测定方法及步骤
1)井下自然解吸瓦斯量测定 (1) 井下自然解吸瓦斯量采用解吸仪(如图 1)测定。煤样罐通过排气管 5 与解吸仪连 接后,打开弹簧夹 3,随即有从煤样泄出的瓦斯进入量管,用排水集气法将瓦斯收集在量管 内。 (2) 每间隔一定时间记录量管读数 Vt 及测定时间 T , 连续观测 60 min 或解吸量小于 2cm 3/min 为止。开始观测前 30min 内,间隔 1 min,以后每隔(2~5)min 读数一次;将观测结 果填写到附录 B,同时记录气温、水温及大气压力。 (3)如果量管体积不足以容纳 60 min 内从煤样泄出的全部瓦斯,可以中途用弹簧夹 3 夹 住排气管与 解吸仪断开,重新迅速给解吸仪补足清水,然后打开弹簧夹 3 连通解吸仪继续观测。 (4)如果在解吸仪观测中没有瓦斯泄出,应当检查穿刺针头、排气管及煤样罐上部排气孔 是否堵塞。 如果没有堵塞,则是瓦斯含量过小所至,此时,即可终止观测,送实验室测定。 (5)观测结束后,抽出穿刺针头,将压紧螺丝稍加拧紧(用力适度,不可过紧,以免胶垫 失去弹性)。 (6)煤样罐密封运到井上后,要进行试漏,将煤样罐沉入清水中,仔细观察 5min,检查 有无气泡冒 出。如果发现有气泡渗出,则要更换煤样罐或胶垫重新取样。如不漏气,可以送实验室继续 进行实验。

1—排水口; 2—量管; 3—弹簧夹; 4—底塞; 5—排气管; 6—穿刺针头或阀门; 7—煤样罐; 8—吊环。 图1 瓦斯解吸速度测定仪与煤样罐连接示意图

2)残存瓦斯含量测定 (1) 煤样检查与登记 a 煤样送到实验室后,仍要按 1)中(6)的方法进行试漏;如发现漏气即为废品,将检查 结果在报告中注明。 b 检查瓦斯煤样送验单与罐号是否符合, 试验资料是否齐全; 经检查无误后, 统一登记编号, 然后尽快进行下一步测定工作。

1—超级恒温器; 2—密封罐; 3—穿刺针头; 4—滤尘管; 5—集水瓶; 6—冷却管; 7—水银真空计; 8—隔水瓶; 9—吸水管; 10—排水瓶; 11—吸气瓶; 12—真空瓶; 13—量管; 14—取气支管; 15—水准瓶; 16—干燥管;; 17—分隔球; 18—真空泵; A—螺旋夹; B~F—单向活塞; G~K—三通活塞;

L、M—120°三通活塞。 图2 (2) 脱气法 ① 脱气前的准备工作 真空脱气装置

a)真空脱气装置各玻璃部件组装前要清洗、烘干。组装后,在吸气瓶 11、真空瓶 12 及量管 13(见图 2)充以适量的酸性饱和食盐水做限定液。真空系统各连接部分用真空封胶密封。 真空活塞洗静后涂以真空封脂。在擦洗活塞时,要防止有机溶剂对仪器的污染。 b)真空脱气装置使用前要严格进行气密性检查,要求真空系统在仪器最大真空度下放置 240min,真空计水银液面上升不超过 5mm。各量管在水准瓶放低情况下液面保持不动。 c)仪器检修后要重新进行气密性检查。 ② 煤样粉碎前脱气 a)预抽真空 煤样与脱气仪连接前,对仪器左侧真空系统抽气,达到最大真空度时停泵,观察真空计水银 液面, 在 10min 内保持不动为合格。 b)煤样罐与脱气仪连接 关闭脱气仪的真空计,通过穿刺针头及真空胶管将煤样罐与脱气仪连接。 c)煤样脱气 粉碎前常温脱气:煤样首先在 30℃恒温下脱气,直至真空计水银液面不动为止。每隔 30min 重新抽气,—直进行到每 30min 内泻出瓦斯量小于 10cm3。 2)粉碎前加热脱气:常温脱气后,再将煤样加热至(95~100)℃恒温,重复 a)进行脱气。脱 气终了后,关闭真空计,取下煤样罐,迅速地取出煤样立即装入球磨罐中密封。 3)脱气过程中如集水瓶 5 积水过多妨碍气流通过时,应及时将积水排出。排水时要防止将 真空系统中瓦斯抽出。 ③ 煤样粉碎后脱气和称重 a)煤样粉碎 1)球磨罐使用前按本标准第 5.l.1 条进行气密性检查。 2)煤样装罐时,如果块度较大,应事先将煤样在罐内捣碎至粒度 25mm 以下,然后拧紧罐 盖密封。 3)煤样粉碎到粒度小于 0.25mm 的重量超过 80%为合格。

b)脱气和称重 煤样粉碎后脱气按本标准第 6.2.3 条进行, 本阶段脱气要一直进行到真空计水银柱稳定为止。 然后, 关闭真空计,取下球磨罐,待罐体冷却至常温后,打开罐体,称量煤样重量(称准到 1g)按 GB474《煤样 的制备方法》缩制成分析煤样,按 GB/T 212《煤的工业分析方法》分析 Mad、Aad 及 Vdaf。 剩余煤样保留 1 个月后处理。 ④ 6.2.2.4 气体体积的计量 a)读取量管读数时,应提高水准瓶,使量管内外液面齐平。同时并记录大气压力,气压表温 度及室温,将观测结果填写到附录 C 中。 b)如果三支量管不足以容纳全部脱出的气体时,可以将气体混合均匀后,将两支大量管的气 体排出,保留小量管内的气体,同时记录排出的气体体积及相应的参数(参见 a)条)。脱气完 了后,将气样大致按前后脱出气体体积比例混合。然后,取混合气样进行分析,也可对前后 两次脱出气体分别取样分析计算。 (3)常压自然解吸法 ① 解吸系统密封性检查

将量管充水至一定高度后隔绝量管与外界连通,待液面稳定后,若量管内液面在 5min 内下降刻度小于 2cm3 则气路密封性合格。 ② 煤样罐与地面解吸装置连接

通过胶管将煤样筒与地面解吸装置连接(见图 3)。 ③ 粉碎前自然解吸瓦斯量测定及煤样称重 a)读取并记录量管液面初始读数,缓慢打开煤样筒阀门,隔一定时间间隔读取一次瓦斯的 解吸量,时间间隔的长短取决于解吸速度;并注意观察解吸累计量的变化规律,发现异常及 时处理,或报废。 b)当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程 85%时,打开转换手柄用第二根测量管测 量。 c)当解吸一段时间后,玻璃管内不再有气泡冒出时解吸完毕,读取并记录解吸玻璃管液面 终止读数。 d)将煤样罐内煤样倒入煤样盆中,进一步去除矸石等非煤物质,然后放置在天平上进行煤 样总重称量。

e)记录解吸周围环境的温度、大气压力、煤样重量、测试人员以及煤样送达实验室和开始 地面解吸的时间,将实验测定数据数据填入附录 D 中。 ④ 粉碎后自然解吸瓦斯量测定 a)密封性检查 按照上述方法进行密封性检查。 b)煤样称重 1)从煤样盆中取两份相等量的二次煤样,记录二次煤样重量,煤样的质量一般是(100~ 300)g,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。 如果两份二次煤样测试结果 有较大的差别,应该再取第三份二次煤样。 2)若待粉碎煤样块度较大,应事先将煤样捣碎至粒度 25mm 以下。 c)粉碎后自然解吸瓦斯量测定 1)将称量好的二次煤样逐份放入粉碎机料钵内,盖好带有密封圈的盖子,并压紧密封严实。 2)记录量管初始读数,然后进行煤样粉碎。 3)运行时观测解吸瓦斯量体积,当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程的 85%时, 打开转换开关用第二根测量管测量, 粉碎结束时记录量管终止读数; 将实验测定数据数据填 入附表 D 中。 4)煤样粉碎到 95%煤样通过 60 目(0.25mm)的分样筛合格。 5)解吸结束后读取的量管终止读数与解吸前量管初始读数之差即为在本次条件下的解吸瓦 斯体积, 同时记录大气压力,室温,将观测结果填写到附录 D 中。

5、数据处理
煤样井下
NO. 04 煤样编号: Wk039 乌海能源公 司平沟矿 1605 切眼 采样日期 2013 年 5 月 28 日 19:26

采样地点

2 号孔 取样深度: 79m 钻孔倾角: 0.5° 煤样罐编号 解吸结果 观察时间 t/min 量 筒 读 数 观察时间 V1/cm3 t/min 量筒读数 V1/cm3 观 察 时 间量 筒 读 数 t/min V1/cm3 WK099 煤样暴露时 间 t0 = 56 s

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

200 244 256 262 270 276 280 286 288 292 296

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

298 302 304 306 308 308 310 312 314 316 316

22 23 24 25 26 27 28 29 30

318 320 320 320 322 324 324 324 324

观察时 间 min

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0.965 91925 1.39032 1.71260 1.98317 2.22103 2.43577 2.63305 2.81655 2.98881 1 3703 0362 9266 5794 5031 9057 8183 2473 累积瓦 斯 解析量: 观察时 间 min 56 0 44 62 70 76 80 86 88

9

10

11

12

13

14

15

16

9

3.151 66622 3.30650 3.45441 3.59624 3.73269 3.86432 3.99161 4.11497 3.15166 6 8733 7462 8045 3398 4003 6214 2661 6226 累积瓦 92 斯 解析量: 暴露时间 井下解析 瓦斯量: 粉碎前 瓦斯量: 煤样质量: 脱气法所测煤层瓦斯含量: X=X1+X2+X3+X4=(V1+V2+V3+V4)/m=3.15cm3/g 96 98 102 104 106 108 110 92

各阶段换算成标准大气压下气体体积: 各阶段瓦斯体积换算 各阶段煤样瓦斯量计算: 17.2CM3 110CM3 929.27CM3
3

109.18CM3 17.07CM3 922.33CM3 798.11CM3

60.78CM3 9.5CM3 550.8CM3 238.71CM3

粉碎后瓦斯量: 804.11CM

6、实验心得
通过本次实验, 初步了解了煤层瓦斯含量井下直接测定方法, 掌握了仪器设备的使用测 量方法,对课本上的知识有了更深刻和立体的了解,受益匪浅,感受良多。


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