瓦斯解吸试验

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。

钻屑瓦斯解吸指标法
钻屑瓦斯解吸指标法是一种用来评估煤层瓦斯解吸性能的方法。

煤层中的瓦斯是由煤层中的煤体吸附的天然气，瓦斯解吸是指通过减压或其他方法将煤层中吸附的瓦斯释放出来。

钻屑瓦斯解吸指标法是通过在煤层中进行钻井并获取钻屑样本，通过测定钻屑样本的气体吸附量和解吸速率等指标来评估煤层的瓦斯解吸性能。

具体操作包括以下几个步骤：
1. 钻井：在煤层中进行钻井，获取钻屑样本。

2. 样品制备：将获取的钻屑样本进行处理，通常包括洗涤、干燥等步骤，以去除表面污染物，减少实验误差。

3. 吸附实验：将处理后的钻屑样本与一定压力下的天然气接触，让样品吸附气体。

4. 解吸实验：在一定条件下（通常是降低压力），对吸附的气体进行解吸，测量解吸的气体量和解吸速率。

5. 分析结果：根据实验测得的数据，计算煤层的吸附量和解吸速率等指标，评估煤层的瓦斯解吸性能。

钻屑瓦斯解吸指标法能够提供煤层瓦斯解吸性能的定量数据，对于煤层瓦斯的开采和瓦斯灾害防治具有重要意义。

钻屑瓦斯解吸规律实验一、实验目的通过研究钻屑瓦斯解吸指标△h2和K1分别与瓦斯压力、瓦斯含量以及煤体破坏类型的关系，来分析影响钻屑瓦斯解吸指标的主要因素，以及钻屑瓦斯解吸指标与各个影响因素的定量关系，为确定始突瓦斯含量临界值的选定提供理论依据二、实验原理首先用真空泵对实验系统进行脱气4～6个小时，完成后再对实验系统的煤样罐进行甲烷充气，待吸附10～12小时构造煤瓦斯吸附平衡后，瞬间释放出死空间的气体，即压力表读数降到零，从而测定煤体暴露在空气中的瓦斯解吸过程，并且测试相应的钻屑瓦斯解吸指标△h2和K1。

从而分析影响钻屑瓦斯解吸指标的主要因素，以及钻屑瓦斯解吸指标与各个影响因素的定量关系。

三、实验药品及仪器高浓度标准气体（甲烷含量>99.9%）、瓦斯吸附-解吸实验系统。

四、实验装置图瓦斯吸附-解吸实验系统由真空泵、瓦斯吸附-解吸装置、解吸仪、高压甲烷气瓶、超级恒温器和恒温水箱等组成，实物如图1所示。

瓦斯解吸仪，符合附录A的规定；等容解吸时，煤样罐，煤样杯；变容变压解吸时，煤样杯；分样筛，孔径1mm、3mm；秒表；乳胶管外径10mm，内径5mm，长30～50cm。

图1 瓦斯吸附-解吸实验仪器（1）真空脱气单元该单元由复合真空表和真空泵组成，其主要仪器规格、型号如下：真空表：北京北仪创新真空技术有限责任公司仪器生产的FZH-2B型，量程1～1×10-5Pa。

真空泵：采用2XZ-1型旋片式真空泵，该泵是用来对密闭容器抽出气体获得真空的基本设备，具有体积小、重量轻的特点，特别适合于精密仪器和实验室使用，极限真空度为6.7×10-2Pa。

（2）充气单元由北京氦普北分气体工业有限公司生产的高纯甲烷气体和连接管路组成，甲烷气体浓度为99.9%，压力为13.6MPa。

（3）温度控制单元温度控制单元由恒温水箱和超级恒温器组成。

其主要仪器型号如下：恒温水箱：由2mm厚的不锈钢板加工成的双层保温水箱，水箱内部布置有循环控温管路。

解吸法测定煤层瓦斯含量过程中瓦斯损失量3种推算方法对比分析张向阳，郭孟志，宋传杨，高留强（郑州煤业集团白坪煤业公司，河南登封452470）摘要：基于井下解吸法直接测定煤层瓦斯含量过程中瓦斯损失量的重要性，采取全钻粉煤样在实验室不同压力条件下测定其解吸规律，然后运用3种损失量计算方法对瓦斯损失量计算结果进行分析比较，结果表明：槡t法更加符合钻屑初始阶段瓦斯解吸规律，采用该方法计算煤样瓦斯损失量误差较小。

关键词：解吸法；瓦斯含量；瓦斯损失量中图分类号：TD712文献标志码：B文章编号：1003－496X（2012）08－0177－03Comparative Analysis of Three Kinds of Prediction Method of Gas Loss Amount DuringDeterming Coal Seam Gas Content Process By Desorption MethodZHANG Xiang－yang，GUO Meng－zhi，SONG Chuan－yang，GAO Liu－qiang（Baiping Coal Industry Company of Zhengzhou Coal Industry Group，Dengfeng452470，China）Abstract：Based on the importance of gas loss amount during directly determing coal seam gas content process by desorption method，the desorption laws of full drillings coal samples under the different pressure conditions of the laboratory were measured，and then three kinds of gas loss amount methods were used to analyze and compare the conclusion of gas loss amount．The results showed that槡t meth-od was more in line with the gas desorption law in the initial stage of drill cuttings，and it had a little error to calculate the gas loss a-mount．Key words：desorption method；gas content；gas loss amount煤层瓦斯含量是计算瓦斯储量与瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一［1］。

关于解吸法测定煤层瓦斯含量中损失量计算的讨论雷咸锐;李恒乐;侯海海【摘要】At present, as a method in mensurating coal seam gas content, the desorption has been widely applied in many mine areas. However, a lot of practices show that this method still exists some problems, especially in the aspect of gas loss compensation. This paper focuses on the analysis of the problems about loss calculation in mensurating coal seam gas by desorption, and advances a improved method.%目前,解吸法作为测定煤层瓦斯含量的方法在各个矿区都已得到广泛应用。

然而,大量的实践表明,此方法仍然存在着一些问题,特别在瓦斯损失量的补偿方面。

本文主要对解吸法测试煤层瓦斯含量时关于损失量计算出现的问题进行了分析,并提出了改进方法。

【期刊名称】《煤矿现代化》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】3页(P57-59)【关键词】解吸法;瓦斯含量;损失瓦斯量;改进【作者】雷咸锐;李恒乐;侯海海【作者单位】河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003;河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003;河南理工大学瓦斯地质研究所,河南焦作454003【正文语种】中文【中图分类】TD712.3煤层瓦斯含量是煤层瓦斯主要参数之一，是进行矿井通风设计、矿井瓦斯涌出量预测、煤与瓦斯突出预测、瓦斯抽采等工作的重要基础参数[1]。

然而，大量的实践证明，实测的许多瓦斯含量值显然并不准确，有些与实际相差甚远，甚至失去利用价值。

钻屑瓦斯解吸标准(K1)、钻屑量（S）测定技术标准(探究）1 范围本标准基于本人自身工作经历及行业有关标准总结归纳而成，规定了钻屑瓦斯解吸指数k1、钻屑量（s）测定技术和管理要求本标准测定方法和要求适用于WTC瓦斯突出参数仪。

2 观范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

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GB/T 212 煤的工业分析方法MT 38 煤和岩石物理力学性质测定的采样一般规定AQ/T 1065-2008 钻屑瓦斯解吸指标测定方法3 术语和定义3. 1 钻屑瓦斯解吸指标k1单位重量煤样自煤体脱落暴露在大气后第1min内的瓦斯解吸量。

单位为ml/g.min1/2。

3 .2 钻屑量S采用钻屑指标法检测煤层突出危险性时的钻孔每米所排煤粉重量，单位为kg/m。

4 技术要求4.1 准备工作4.1.1 携带的测定仪器及附属装置齐全良好，电量充足，煤样罐、橡皮连接管不漏气。

4.1.2 防突现场检测原始数据表或记录簿等携带齐全。

4.1.3 检查工作面支护、安全防护设施（压风自救系统、防突反向风门、避难同室等）完好情况。

4.1.4 检查工作面风筒吊挂情况，不得影响钻屑的搜集。

4.1.5 检测时用的钻头，钻杆，钻具，接粉工具等符合情况。

4.1.6 工作面风，水管路接到位，确保防突钻机打钻时风压正常。

4.1.7 根据工作面煤体赋予情况选择布孔位置，有软分层的检测孔优先布置在软分层中，布孔应符合防突设计标准。

4.2 操作标准4.2.1 WTC瓦斯突出参数仪要放置平稳，用乳胶管连接好参数仪与煤样罐，开机预热5分钟。

4.2.2 下井开始第一班的测量工作室，应将上一班的测量数据清除，选择工作面组数据按监测工作面输入编号。

4.2.3 预置解析指标k1和钻屑量指标s的最大临界值，检测时，如媒体潮湿时应采用湿式指标。

4.2.4 检测前应提前落实所以工作面近期的煤层瓦斯地质预报信息或现场采用罗盘、坡度仪等器具在巷帮选取具有标志性的煤干线来确定煤层倾角。

一、实验目的本次实验旨在研究瓦斯在煤体中的解吸特性，了解瓦斯解吸过程的影响因素，为煤矿瓦斯灾害防治提供理论依据。

二、实验原理瓦斯解吸是指煤体中的瓦斯在特定条件下从煤体中释放出来的过程。

根据煤体与瓦斯相互作用的特点，瓦斯解吸过程可以分为吸附和脱附两个阶段。

吸附阶段，瓦斯分子在煤体表面形成吸附层；脱附阶段，吸附层中的瓦斯分子逐渐释放出来。

影响瓦斯解吸的主要因素有：煤体孔隙结构、煤体变质程度、地应力、温度、水分含量等。

本实验主要研究地应力和水分含量对瓦斯解吸的影响。

三、实验材料与设备1. 实验材料：GHS煤样（古汉山矿）、干燥剂（无水硫酸铜）、蒸馏水。

2. 实验设备：瓦斯解吸装置、压力表、温度计、电子天平、气体流量计、真空泵、密封管等。

四、实验方法1. 准备工作：将GHS煤样破碎、筛分，选取粒径在0.5-1.0mm的煤样。

将煤样在干燥器中干燥至恒重。

2. 实验步骤：（1）将干燥后的煤样装入密封管，并记录煤样质量。

（2）将密封管放入瓦斯解吸装置，设置压力、温度等参数。

（3）向密封管内注入一定量的蒸馏水，模拟实际矿井条件。

（4）启动真空泵，将密封管内空气抽出，形成真空状态。

（5）打开瓦斯解吸装置，记录瓦斯解吸过程的数据。

（6）重复实验，研究不同地应力和水分含量对瓦斯解吸的影响。

五、实验结果与分析1. 不同地应力对瓦斯解吸的影响实验结果表明，随着地应力的增大，煤样的瓦斯解吸量逐渐增加。

这是由于地应力增大导致煤体孔隙结构发生变化，瓦斯分子更容易从煤体中解吸出来。

2. 不同水分含量对瓦斯解吸的影响实验结果表明，随着水分含量的增加，煤样的瓦斯解吸量逐渐减少。

这是因为水分在煤体孔隙中占据了部分空间，导致瓦斯分子解吸难度增大。

3. 实验结果分析根据实验结果，可以得出以下结论：（1）地应力对瓦斯解吸有促进作用，地应力越大，瓦斯解吸量越大。

（2）水分含量对瓦斯解吸有抑制作用，水分含量越高，瓦斯解吸量越小。

（3）在实际煤矿生产中，应关注地应力和水分含量对瓦斯解吸的影响，采取相应的防治措施。

样品采集4.1 采样前准备4.1.1 解吸罐所有用于煤层气含量测定的解吸罐,使用前必须进行气密性检测。

气密性检测可通过向罐内注空气至表压0.2MPa以上，关闭后搁置12h，压力不降方可使用。

4.1.2 计量器使用前，计量器装水，调节计量器至初始状态，检测计量器密闭性能。

4.1.3 恒温装置在煤样装罐前，将温度调至储层温度或送样单位的技术要求温度，并使恒温装置达到设定温度。

4.2 采样原则以煤芯样品为主，煤屑样品为辅。

4.2.1 样品质量每次装罐的煤样质量不得少于800g。

如采取率不足又需要采样测定时，最低样量不得少于300g，只做解吸气测定，在备注中说明仅做参考。

4.2.2 采样时间采样时间是指用于气含量测定的煤样从割芯到煤样被装入解吸罐密封所用的实际时间。

从割芯到煤样提升到井口所用的提芯时间不得超过规定时间，即：煤层深度500m以浅，提芯时间不超过10min；煤层深度500m～1000m，提芯时间不超过20min；煤层深度大于1000m，提芯时间不超过30min。

样品到达地面后，必须在10min内装入解吸罐密封。

4.3 采样步骤取芯开始，采样人员（至少有2名）必须到达现场，将仪器设备安装调试进入工作状态。

4.3.1 煤芯采样待煤芯提出井口，尽快打开岩芯管，采样技术人员协助钻井地质技术人员快速拍照并简要描述后，剔除夹矸及杂物(如若煤芯受到泥浆污染，应适当用洁净抹布擦净或用清水快速冲洗煤芯)，迅速按煤层剖面顺序装入解吸罐并迅速密封，不得按压。

4.3.2 煤屑采样开泵循环，待煤屑到达振动筛后，挑选较纯部分收集到样品箱，迅速用清水冲洗钻井液，然后装入解吸罐并迅速密封。

4.3.3 装样要求气含量测定的样品要求装至距罐口1cm处。

如采取的样量不足于装满罐，应据样品量在罐底加适量填料。

解吸罐罐内空体积最大不得超过罐内体积的四分之一。

如解吸罐内空体积过大，应进行空体积测定，以校正气含量测定值。

填料可选择对煤层气不产生吸附和反应的物质，如玻璃圆柱体、玻璃球、空心管等。

《象山矿3~#、5~#煤孔隙瓦斯解吸特性与瓦斯赋存规律研究》篇一一、引言随着煤炭开采的深入，瓦斯问题逐渐成为矿井安全生产的重大隐患。

象山矿作为煤炭资源的重要开采地，其3~、5~煤的瓦斯赋存规律及解吸特性研究显得尤为重要。

本文旨在通过对象山矿3~、5~煤的孔隙瓦斯解吸特性和瓦斯赋存规律的研究，为矿井安全生产提供理论依据和技术支持。

二、研究区域概况象山矿位于我国某地，地质构造复杂，煤层气含量丰富。

其中，3~、5~煤是矿区的主要开采煤层，具有较高的瓦斯含量和开采价值。

研究区域的地质背景、煤层特征及瓦斯赋存条件对后续研究具有重要意义。

三、孔隙瓦斯解吸特性研究1. 实验方法与数据采集通过采集象山矿3~、5~煤的煤样，进行孔隙瓦斯解吸实验。

实验过程中，记录不同时间点的瓦斯解吸量，分析煤样的孔隙结构、瓦斯解吸速率及解吸规律。

2. 解吸特性分析根据实验数据，分析煤样的孔隙结构对瓦斯解吸特性的影响。

结果表明，煤样的孔隙结构复杂，瓦斯解吸过程受多种因素影响，包括煤的成分、孔隙大小及连通性等。

同时，解吸速率随时间呈现先快后慢的趋势，表明瓦斯在煤层中的赋存具有一定的规律性。

四、瓦斯赋存规律研究1. 瓦斯赋存环境分析通过地质勘探和煤田地质资料，分析象山矿3~、5~煤的瓦斯赋存环境。

研究表明，瓦斯赋存受地质构造、地层压力、温度等因素影响。

其中，构造运动对瓦斯的运移和赋存起着重要作用。

2. 瓦斯赋存规律分析根据实验数据和地质资料，分析瓦斯的赋存规律。

结果表明，瓦斯在煤层中的分布具有一定的层次性和区域性。

在地质构造复杂区域，瓦斯的赋存量较大；而在地质构造简单区域，瓦斯的赋存量相对较小。

此外，瓦斯的赋存还受煤层厚度、渗透率等因素的影响。

五、结论与建议1. 结论通过对象山矿3~、5~煤的孔隙瓦斯解吸特性和瓦斯赋存规律的研究，得出以下结论：（1）煤样的孔隙结构复杂，瓦斯解吸过程受多种因素影响，解吸速率随时间呈现先快后慢的趋势；（2）瓦斯在煤层中的赋存受地质构造、地层压力、温度等因素影响，具有层次性和区域性；（3）在地质构造复杂区域，瓦斯的赋存量较大；而在地质构造简单区域，瓦斯的赋存量相对较小。

煤体瓦斯吸附和解吸特性的研究张　力1,邢平伟2(1.中国矿业大学,江苏徐州221008;2.太原理工大学,山西太原030024)[摘　要]　简要介绍了煤吸附瓦斯气体的本质,影响煤吸附量的主要因素以及煤吸附瓦斯气体的过程;分析了煤体瓦斯解吸扩散的主要形式和影响煤体瓦斯扩散速度的主要因素。

[关键词]　煤;瓦斯;吸附;解吸;扩散[中图分类号]T D712 [文献标识码]A　[文章编号]1003-6083(2000)04-0018-030　引　言固体物质都具有或大或小的把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己表面的能力,这一性能被称为物质的吸附性能。

煤是一种复杂的多孔介质,是天然吸附剂[1],其中直径在10-6cm以下的微孔,由于其内表面积占表面积的97.3%,可以高达200m2/g,具有很大的比表面积,从而决定了煤的吸附容积。

甲烷以两种形式(承压游离状态和吸附状态)存在于煤层和共生岩层的孔隙裂隙中,对不同状态甲烷相对含量的实验研究表明煤中全部甲烷含量的90%～95%以吸附状态存在。

研究煤与瓦斯的吸附和解吸规律,对于煤与瓦斯的突出预测,煤层瓦斯流动机理,煤的瓦斯含量预测及计算采落煤瓦斯涌出,煤层气开发和利用都有现实意义。

1　煤的吸附特性1.1　煤吸附瓦斯的本质研究表明煤对瓦斯的吸附作用,在一定瓦斯压力下乃是物理吸附,其吸附热一般小于20k J/m ol。

煤表面的原子(它们的价力尚未达到完全饱和程度)在其表面产生一种力场。

在这种力场的影响下,周围的瓦斯分子比无力场存在时更易凝结。

瓦斯的凝结能力决定着它的被吸附能力,煤分子对瓦斯气体分子的吸引力越大,煤对瓦斯气体的吸附量越大。

煤分子和瓦斯气体分子之间的作用力由德拜(Debye)诱导力和伦敦色散力(London dispersion force)组成,由此而形成吸引势,即吸附势阱深度Ea(也称势垒)。

自由气体分子必须损失部分所具有的能量才能停留在煤的孔隙表面,因此吸附是放热的;处于吸附状态的瓦斯气体分子只有获得能量Ea才能越出吸附势阱成为自由气体分子,因此脱附是吸热的[2]。

钻屑瓦斯解吸指标测定方法
1. 定义：钻屑瓦斯指解吸的过程中，瓦斯在钻井液中逸散的程度。

解吸指标测定方法用来评估钻井液对瓦斯逸散程度的影响。

2. 密封系统：解吸指标测定方法通常采用密封系统，以确保测试过程中瓦斯逸散的最小程度。

密封系统包括瓦斯吸附罐、密封盖、压力表等设备。

3. 采样：首先需要采集一定量的钻井液样品，以进行后续的解吸指标测定。

采样时需要注意尽量减少瓦斯逸散的可能性。

4. 准备瓦斯吸附罐：将瓦斯吸附罐清洗干净，并确保其密封性良好。

5. 封闭系统：将采样装置与瓦斯吸附罐连接，并通过密封盖将系统封闭起来，以确保瓦斯不会逸散。

6. 压力调节：通过压力表调节系统内的气压，将其设定为一定的数值。

通常这个数值是根据实际应用的需求来确定的。

7. 测量时间：将封闭的系统放置一段时间，通常是几小时到几天不等，以确保瓦斯逸散到达平衡状态。

8. 瓦斯浓度测定：在测量时间结束后，通过特定的仪器测量瓦斯吸附罐中的瓦斯浓度。

这个测量可以使用化学分析方法、氧化还原电位法、气体色谱法等。

9. 数据处理：将测得的瓦斯浓度数据进行统计分析和处理，以得到解吸指标的具体数值。

常见的指标包括瓦斯浓度随时间的变化曲线、瓦斯吸附率等。

10. 结论：根据解吸指标的具体数值，可以对钻井液的性能进行评估。

较小的解吸指标表示钻井液对瓦斯的吸附能力较高，逸散程度较低，适用于高含气井；较大的解吸指标表示钻井液对瓦斯的吸附能力较弱，逸散程度较高，可能导致安全隐患，需采取相应的措施进行改进。

. .页脚钻屑解吸指标K1值及钻屑量测定操作规（一）、测定原理利用钻屑瓦斯解吸指标K1和钻屑量指标S max预测工作面突出危险性。

在工作面用手持式气动钻机配8~10m的麻花钻杆向煤层打Φ42mm 的钻孔，根据钻孔过程中每米排出钻屑量的多少以及排出钻屑的瓦斯解吸指标的大小预测工作面前方钻孔围的突出危险性。

（二）、准备工作①、在测定前施工队组要提前准备好钻头为Ф42mm的手持式风动钻机一台、配套麻花钻杆10～12m，以及测量角度所用的罗盘、坡度规等器具。

②、测定人员要提前将仪器充好电，保证测定时仪器电量充足。

③、入井前要认真检查仪器是否正常（开启后可进入测定页面表明仪器可正常使用），然后将煤样瓶盖拧紧后将煤样瓶浸入水中，检查煤样瓶及连接胶管是否漏气，确保仪器及各部件能正常使用。

④、测定前要通知相关掘进队组安排人员配合打钻作业。

（三）、钻孔施工要求1、所有预测（检验）钻孔都应布置在工作面最软分层煤中，并尽量保证预测（检验）钻孔始终在该软分层中钻进，一个钻孔位于掘进巷道断面中部，并平行于掘进方向，其他钻孔的终孔点应位于巷道断面两侧轮廓线外2～4m处，预测（检验）孔的深度为8～10m。

2、工作面布置有措施孔时，检验钻孔应位于距措施孔尽可能远的位置，用于检验措施效果。

（四）、操作方法1、测定前要再次检查仪器显示是否正常，是否有漏气现象，否则应及时更换仪器。

2、对煤层平巷、煤层上山、煤层下山、回采工作面进行煤与瓦斯突出预测或防突措施效果检验时，各钻孔从孔深3m 段起，每隔1m 或2m 取一个煤样测定钻屑瓦斯解吸指标K1或△h2；要求各钻孔取样深度错开，也即：若第一个钻孔取样孔深为3m、4m、6m、8m、10m，第二个钻孔应为3m、5m、7m、9m、10m，第三个钻孔取样孔深同第一个钻孔。

3、向工作面前方煤层打钻孔时，用塑料桶或编织袋收集每钻进1m钻孔排出的钻屑，并用测力计测量其重量；钻进至指定位置时，用Ф1～3mm的筛子在孔口接煤粉，接煤粉的同时启动秒表计时；煤样筛分后迅速装入煤样瓶中，并用筛子刮平，使装入煤样体积和煤样瓶体积一致，然后拧紧罐盖，松开盖上阀门；当秒表计时时间到达预. .定值t0时（t0一般应取1min、1.5min、2min，不应超过2min，不足1min应等满1min、同理不足1.5min等到1.5min、不足2min等到2min），拧紧盖上阀门的同时执行仪器采样功能，便开始该煤样的瓦斯解吸指标测量。

实验项目煤层瓦斯含量测定一、实验目的测定煤层瓦斯含量（W）及可解吸瓦斯含量（W m）。

二、实验原理与实验仪器1.实验原理该测定装置将煤层瓦斯含量分为：瓦斯损失量W1、常压瓦斯解吸量W2、粉碎瓦斯解吸量W3和常压残存量W c。

通过向煤层施工取芯钻孔，用井下取芯系统将煤芯从煤层深部取出，及时封入煤样筒中；井下进行煤样瓦斯解吸速度测定以及损失时间的记录，利用公式at i进行瓦斯损失量W1的计算；把装有煤样的煤样筒带到实验室进行常压解吸，测量从煤样筒中释放出的瓦斯量W21, 与井下测量的瓦斯解吸量W22计算煤芯瓦斯解吸量W2；称量煤样总重后称取二次煤样进行常压粉碎解吸，并以此计算粉碎瓦斯解吸量W3；则可解吸瓦斯含量W m为：W m＝W1＋W2＋W3。

采用朗格缪尔公式计算常压残存量W c，则可得出煤层瓦斯含量W= W m+W c。

2．实验仪器实验仪器采用DGC型瓦斯含量直接测定装置，该仪器是一套实验室结合井下使用的成套测定设备。

由井下测定装置和地面测定装置组成，分为井下取芯与井下解吸系统、地面瓦斯解吸系统、称重系统、煤样粉碎解吸系统、水分测定系统和数据处理系统，是目前精度最高、速度最快的煤层瓦斯含量（W）及可解吸瓦斯含量（W m）测定设备，属国家“十五”等多项科技攻关研发的国内独有专利技术，获得2009年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖。

该装置具有测定工程量小、操作简单、维护量小、使用安全等特点。

产品性能：适用条件：工作环境温度（℃）5～38；工作相对湿度（％）≤95；大气压力（kPa）75～134；在无破坏金属绝缘和无干扰气体的环境中；取芯管：适用于煤质较硬且有一定角度上向孔的煤层；ZCY-Ⅰ型钻孔引射取样装置：适用于松软煤层，水平孔、上向孔或角度小于30°的下向孔。

主要技术指标：测定时间：<24h井下取芯与井下解吸系统：（1）取芯管：取芯管直径：φ73、φ89；取芯深度：>30m；取芯钻孔倾角：>12°；配套性：与φ50钻杆（重庆煤科院生产）相配套ZCY-Ⅰ型钻孔引射取样装置：钻杆直径：φ50；取样深度：下向孔不小于20m，上向孔不小于60m ；取样钻孔倾角：水平孔、上向孔、小于30°的下向孔井下解吸系统：井下解吸管量程：800ml ；井下解吸管精度：2ml地面瓦斯解吸系统：电源：220V ；解吸管精度：5ml ；解吸管有效量程：2000ml/组、3000ml/组；微型真空泵抽气速率：3L/min ；温度计：(-50～0～50)℃？；空盒气压表：750hPa ～1340hPa （三种量程，根据当地大气压选用合适的量程）。

第31卷第5期辽宁工程技术大学学报（自然科学版）2012年10月V ol.31No.5Journal of Liaoning Technical University （Natural Science ）Oct.2012收稿日期：2012-04-05基金项目：国家重点基础研究发展计划“973计划”基金资助项目（2011CB201202）作者简介：秦跃平（1964-），男，山西夏县人，教授，主要从事矿山安全科学与工程面的研究.本文编校：曾繁慧文章编号：1008-0562(2012)05-0581-05定压动态瓦斯解吸规律实验秦跃平，王健，罗维，王亚茹（中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京100083）摘要：为了研究煤粒瓦斯的解吸规律，设计了恒温定压动态瓦斯吸附解吸实验，提出一种计算瓦斯累积解吸量的方法，即通过测定参考罐和样品罐的压力，计算得到两罐自由空间瓦斯量，连通后得出两罐自由空间瓦斯量分别随时间的变化，进而得到瓦斯累积解吸量随时间变化的实测曲线，研究了同一煤质不同粒径的煤样在不同初始煤粒瓦斯压力下的解吸特性.实验结果表明：煤粒瓦斯累积解吸量的倒数与时间函数成线性关系；同一粒径煤粒初始压力越大，最大瓦斯解吸量越大；相同初始压力条件下，煤粒粒径越小煤粒瓦斯解吸速率越快.该研究成果对预测煤矿瓦斯涌出量具有重要的理论指导意义.关键词：煤粒；瓦斯；恒温；定压；动态；解吸；粒径；初始压力中图分类号：X 936文献标志码：AExperiment of dynamic gas desorption under constant pressureQIN Y ueping,WANG Jian,LUO Wei,WANG Yar u（Institute of Resources a nd Safety Engineering,China Univer sity of Mining and Technology (Beijing),Beijing 100083,China ）Abstra ct:In order to study the characteristics of gas desorption in coal particles ,this study conducts a dynamic gas adsorption-desorption experiment under constant temperature and pressure,and proposes a new method for calculating accumulated gas desorption amount.With the measured pressures in sample tank and reference tank,the gas quantities in free spaces of two tanks are calculated.Once the two tanks are connected,the gas quantities in the free spaces of two tanks vary with time.Therefore,based on data processing,this study obtains the measured curve of accumulated gas desorption quantity with the change of time.The study investigates the desorption characteristics of coal samples which are in same quality but different sizes under different initial coal particles gas pressure.The experiment results show that the reciprocal of accumulated gas desorption amount and time function is in a linear relationship.For the same size coal particles,the higher the initial pressures are,the larger the maximum gas desorption amount are.Under the same initial pressure,the smaller the coal particle size is,the faster the gas desorption rate is.This study provides a significant theoretical basis for the prediction of gas emission amount in coal mine.Key words:coal particles;gas;constant temperature;constant pressure;dynamic;desorption;particle size;initial pressure0引言在煤矿生产过程中，瓦斯受到采动的影响，从煤体上解吸出来，导致巷道及采空区瓦斯浓度升高，可能造成严重的瓦斯事故.因此研究煤与瓦斯解吸规律，对于计算采落煤瓦斯涌出量和预测煤与瓦斯突出都有现实意义.近几年来，研究者们对瓦斯解吸规律进行了大量研究工作，从不同角度提出了多种认识.邬剑明[1-3]等在实验室模拟实际地层进行实验研究,结果表明:瓦斯吸附与解吸的初速率与煤层孔隙应力成正比,且相同的实验时间内,解吸能力要强于吸附能力,孔隙应力与吸附和解吸初速率均呈线性关系.赵东[4-6]等研究表明高压注水对瓦斯的解吸影响较大，且升温可强化残余瓦斯的解吸.马东民[7-10]等研究表明煤层气的解吸过程略微滞后于吸附过程，同一煤样的等温解吸曲线与等温吸附曲线存在一个匮乏压力辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第31卷582下的残余吸附量，并建立了降压条件下煤层气解吸作用的精确拟合方程.安丰华[11]等认为对数公式Qt=Alnt+B能够更好的拟合解吸曲线，并且分析得到煤屑解吸瓦斯量与煤层瓦斯压力有密切的关系.王轶波[12]等研究表明，冷冻后变温条件下的解吸量与解吸时间平方根之间基本呈线性关系，证明在低温条件下煤体瓦斯解吸速度比常温下和变温条件下慢许多.虽然国内外学者对瓦斯解吸规律研究较多，但至今对煤的解吸过程还不能准确描述，不能从理论上准确计算煤粒或煤体内的瓦斯解吸量，所以尚需深入研究瓦斯解吸规律和流动规律.为了更准确的描述瓦斯解吸规律，预测瓦斯解吸完全时的最大解吸量，并找到解吸速率与煤样粒径之间的关系以及瓦斯解吸量与初始压力之间的关系，通过自制同一煤质不同粒径的煤样，在不同初始压力下进行实验研究.研究结果为认识实验煤样中的瓦斯解吸规律，并为进一步研究煤矿现场瓦斯涌出规律和煤与瓦斯突出机理提供基础.1煤粒瓦斯解吸实验实验系统主要由通气装置、温度控制系统、等温吸附系统和数据采集与处理系统四部分组成，实验使用煤样的粒径（直径）见表1.表1煤样的粒径（直径）Tab.1particle sizes(diameter)of the coal samples煤样编号煤样目数范围/目粒径(直径)范围/m 1#4～54000～47502#30～35425～5503#50～60250～270定压动态解吸实验的关键步骤是：首先运用真空充氦法测定参考罐体积和样品罐自由空间体积，抽真空后加入一定压力的瓦斯让煤样进行充分的吸附，当煤样吸附平衡后进行解吸实验，在每一个实验压力点下，将参考罐中的瓦斯放空，然后使得样品罐与参考罐导通，连续操作使得样品罐中压力达到0.1MPa左右，每当样品罐内初始压力上升了一微小值△P时，将样品罐与参考罐导通，使其压力恢复到0.1MPa，如此循环放气N次，计算在此过程中的瓦斯累积解吸量.本实验取4个压力点，使其吸附平衡后样品罐内瓦斯压力分别为0.55MPa、1.05MPa，2.05MPa，4.05MPa.（取△P=0.01MPa）2实验分析2.1基本参数的测定与计算（1）样品罐体积和参考罐体积的测定把氦气瓶接入实验系统，开启温度控制系统，使系统温度稳定在30℃.参考罐和样品罐不连通时，打开氦气瓶阀门向参考罐充入氦气，调节参考罐压力值，工控机显示参考罐和样品罐的压力分别为P r和P s.将参考罐和样品罐连通，待稳定平衡后，工控机显示参考罐和样品罐的压力均为P e.将标准块放入样品罐，重复上述操作，工控机显示压力分别为P r’，P s’和P e’.由方程组解得V r和V s的值.r r r s s s e r s e''''''r s r s s o s e s o e,(.rPV Z PV Z P V V ZPV Z P V V Z P V V V Z（））（）式中，V r、V s、V o分别为参考罐体积/ml;样品罐体积/ml;标准块体积/ml；Pr、P s、P e分别为参考罐的压力/MPa;样品罐的压力/MPa;平衡后参考罐和样品罐的压力/MPa；Z r，Z r’为参考罐初始气体的压缩因子，无量纲；Z s，Z s’为样品罐初始气体的压缩因子，无量纲；Z e，Z e’为平衡条件下气体的压缩因子，无量纲.（2）自由空间体积的测定将参考罐和装入样品的样品罐脱气后仍按（1）中操作进行，工控机显示压力分别为P1，P2和P e.由方程解得V f的值.1r r2f f e r f ePV Z P V Z P V V Z（），式中，V f为自由空间体积/ml；P1、P2分别为参考罐的压力/MPa、样品罐的压力/MPa；Z f为样品罐初始气体的压缩因子，无量纲.（3）样品罐和参考罐自由空间瓦斯量的计算将甲烷气瓶接入实验系统进行恒温定压动态吸附解吸实验，计算机采集与处理系统每秒钟记录一组罐内瓦斯压力：样品罐压力P f和参考罐压力Pr.现以样品罐自由空间瓦斯量Qf的计算为例，参考罐自由空间瓦斯量Q r的计算同理.f f fmQ V P V ZRT M，式中，Q f为样品罐自由空间瓦斯量ml/g；V m为气体摩尔体积22400ml/mol；P f为样品罐压力，MPa；R为摩尔气体常数8.314J/(mol K)；T为实验温度，303.15K；M为煤样质量，g.第5期秦跃平，等：定压动态瓦斯解吸规律实验583（4）累积解吸量的计算当煤样吸附平衡后进行解吸实验，在每一个实验压力点下，将参考罐中的瓦斯放空，然后使得样品罐与参考罐导通，样品罐自由空间的瓦斯量会逐渐减少，用△Q f 表示；参考罐自由空间的瓦斯量会逐渐增多，用△Q r 表示.则每秒解吸量为：fr Q Q Q .累积解吸量为：jj 1Q Q Q .式中，Q 为每秒解吸量，ml/g ；△Q f 为样品罐自由空间的瓦斯减少量，ml/g ；△Q r 为参考罐自由空间的瓦斯增加量，ml/g ；Q j 为第j 秒煤样累积解吸瓦斯量，ml/g ；Q j-1为第j-1秒煤样累积解吸瓦斯量，ml /g.2.2实验数据的处理与分析（1）建立瓦斯解吸数学模型计算机采集与处理系统每秒钟记录一组罐内瓦斯压力，根据2.1中的公式可以计算出煤样在任意时刻的累积解吸量，经过Excel 处理得到三种不同粒径的煤样在四种不同初始压力下的样品罐内累积解吸量随时间变化的实测曲线.通过Excel 对煤样解吸实测曲线变化趋势进行拟合，发现在各个初始压力情况下动态累积解吸量Q 与解吸时间t 之间存在如下关系：11c d Qt.在此称tt f 1)(为“时间函数”，下面仅给出1号煤样在不同初始压力情况下累积解吸量的倒数与时间函数的拟合曲线对比图如图1.对公式进行整理可得1A B tQB t，其中1Ad，d Bc.同时列出了参数A 、B 值和线性相关系数R 2，如表2.由图1和表2可知，累积解吸量倒数1/Q 与时间函数f(t)线性相关系数R 2达到0.99以上，说明实测Q-T 曲线与计算的Q-T 曲线拟合程度较高.由此建立瓦斯解吸数学模型：1AB t QB t,式中,Q 为瓦斯累积吸附量，ml/g ；t 为吸附时间，h ；A 为瓦斯饱和吸附量，ml/g ；B 为反映吸附速率的常数，1/s 0.5.图11#煤样在不同初始压力情况下累积解吸量倒数与时间函数线性关系曲线对比Fig.1linearity contrast curve of the reciprocal of accumulated gas desorption amount and time function under different initialpressures of 1#coal sample为了说明A 值、B 值与压力的关系以及B 值与粒度的关系，这里仅给出2#煤样中A 值、B 值随压力的变化图和初始压力为2.05MPa 情况下B 值随粒度的变化图予以说明，分别如图2、图3和图4.由图1可以看出，初始压力越大，解吸时累积解吸量倒数与时间函数的线性关系曲线在y 轴上的截距就越小，在公式11cd Qt中截距为d ，由于1Ad，则d 越小，A 越大，由表2数值同样可以验证这一结论，但图2说明A 不会无限增大，最终会趋于一个定值.通过对以上所提出来的瓦斯解吸数学模型进行分析，公式中的A 值代表当时间趋向于无穷时煤粒解吸出来的瓦斯量，因此公式中的A 为煤粒瓦斯的最大解吸量，则初始压力越高，最大解吸量A 值也会越大.由表2数据及图4可知，公式中的B 值是与粒度相关的物理量，即B 值随粒径的减小而增大.同时从表2及图3可以看出，B 值是和初始压力有关的物理量，压力越大，B 值越小，但最终会趋于一个定值.辽宁工程技术大学学报（自然科学版）第31卷584表2参数A 值、B 值及线性相关系数R 2Tab.2values of parameter A and B and the linear correlation coefficient R 24～5目30～35目50～60目初始压力/MPa A B R2A B R2A B R20.551.052.054.052.784.848.7618.620.03240.02380.01810.01920.99930.99650.99730.99933.005.117.2811.680.04250.03670.02610.02420.9990.99710.99840.99742.242.247.4111.660.04120.04130.04170.03880.99860.99860.99860.99532468101214012345压力/MPaA 值0图22#煤样中A 值随压力的变化Fig.2the valueA with the change of pressure of 2#coalsampleB值图32#煤样中B 值随压力的变化Fig.3the value B with the change of pressure of 2#coalsample图4初始压力为2.05MPa 情况下B 值随粒度变化Fig.4the value B with the change of particle size under 2.05MPa图51#煤样不同初始压力情况下累积解吸量累积解吸量与时间的函数曲线对比Fig.5contrast curve of the accumulated gas desorptionamount with time change under different initialpressures of 1#coalsample图6初始压力为0.55MPa 时不同粒径的煤样累积解吸量与时间的函数曲线对比Fig.6contrast curve of the accumulated gas desorption amount with time change under0.55MPa of differentparticle sizes coal sample（2）解吸量和解吸速率对比分析通过对实验数据的处理，得到不同初始压力情况下不同粒径煤样实测累积解吸量与计算累积解吸量随时间变化的曲线图，下面仅以1#煤样不同初始压力情况下的累积解吸量随时间变化的曲线对比图第5期秦跃平，等：定压动态瓦斯解吸规律实验5855与初始压力为0.55MPa时不同粒径煤样累积解吸量随时间变化的曲线对比图6为例加以说明.图5说明同一粒径煤样吸附平衡时瓦斯压力越高，进行解吸时解吸出来的瓦斯量就会越多，最大解吸量A值就会越大.由图6可以看出煤样粒径越小，解吸趋于停止所用的时间越短，其解吸速率越快.3结论(1)提出一种计算瓦斯累积解吸量的方法，即通过测定参考罐和样品罐的压力，计算出两罐的体积和样品罐自由空间体积，进而得到两罐自由空间瓦斯量，连通后得出了两罐自由空间瓦斯量随时间的变化量，加和两个变化量得到瓦斯累积解吸量.(2)用Excel对实验数据处理发现，瓦斯解吸量倒数与时间开方倒数存在良好的线性关系，其线性相关系数均达到0.99以上，由此提出瓦斯解吸量的数学模型/(1)Q AB t B t，同时得到公式中的A表示瓦斯的最大解吸量.(3)经实验分析，得出相同粒径的煤样，初始压力越大，解吸出来的瓦斯量越多，最大解吸量A 值越大，B值越小，但二者都会随着初始压力的增大而趋于定值.同时，粒径越小，B值越大，解吸速率越快，解吸完全所用时间越短；反之亦然.参考文献：[1]邬剑明,闫凯,郭凯.不同孔隙应力下瓦斯吸附与解吸初速率研究[J].中国煤炭,2010,36(4):90-91.Wu Jianming,Yan Kai,Guo Kai.A research on the initi al speeds of gas adsorpti on and desorption under various porosity stresses[J].China Coal,2010,36(4):90-91.[2]陈振宏,王一兵.不同煤阶煤层气吸附解吸特征差异对比[J].天然气工业,2008,28(3):30-32.Chen Zhenhong,Wang parison of adsorption/desorption properties of cbm in different rank coals[J].Natural Gas Industry, 2008,28(3):30-32.[3]马东民,温兴宏.无烟煤对甲烷等温吸附解吸特性实验研究[J].煤田地质与勘探,2007,35(2):25-27.Ma Dongmin,W en Xinghong.Study on adsorption/desorption character of anthracite in CH4isotherm experiments[J].Coal Geology& Expl oration,2007,35(2):25-27.[4]赵东,冯增朝,赵阳升.煤层瓦斯解吸影响因素的试验研究[J].煤炭科学技术,2010,38(5):43-46.Zhao Dong,Feng Zengchao,Zhao Yangsheng.Experiment study on affected factors to seam gas des orpt ion law[J].Coal Science and Technol ogy,2010,38(5):43-46.[5]刘高峰,张子戌,张小东,等.气肥煤与焦煤的孔隙分布规律及其吸附-解吸特征[J].岩石力学与工程学报,2009,28(8):1587-1592.Liu Gaofeng,Zhang Zi xu,Zhang Xiaodong,et al.Pore dis tribution regularity and absorption-desorption characteristi cs of gas coal and coki ng coal[J].Chines e J ournal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(8):1587-1 592.[6]贾东旭,陈向军.强烈地震构造煤瓦斯解吸规律的试验研究[J].煤炭科学技术,2009,37(6):64-66.Jia dongxu,Chen Xiangjun.Tes t and research on gas desorption law of intensive failed coal[J].Coal Science and Technology,2009,37(6): 64-66.[7]马东民,张遂安,蔺亚兵.煤的等温吸附－解吸实验及其精确拟合[J].煤炭学报,2011,36(3):477-480.Ma 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恒温水循环电源
K1
图2 解吸进行中
瓦斯气体
K2K3
K1
集气瓶图3 排水法收集量管中的瓦斯气体瓦斯气体
K3
实验步骤：
⑴排水
如图1，将塑料瓶抬高（位置要高于左侧量管高度），将量管及量管左侧橡胶管中充满水，直至橡胶管下端有水流出，此时，关闭阀门K1、K3。

煤样罐量管
塑料瓶
橡胶管
橡胶管瓶底敞口
K1K2恒温箱
恒温水循环电源
图1 排尽量管及橡胶管中的空气
K3
⑵设置恒温箱
如图1，接通恒温箱电源，然后，依次打开“电源”、“水循环”及“恒温”按钮；再次，设定解吸温度。

待达到恒温后，将煤样罐置入恒温箱内。

⑶解吸
将橡胶管下端与煤样罐连接，然后，将塑料瓶放低（位置要低于左侧量管高度）；再次，打开阀门K2、K1，随即有从煤样泄出的瓦斯进入量管，如图2。

⑷读数记录（AQ1046-2007）
解吸2h：每间隔一定时间记录量管读数及测定时间，连续观测2h为止。

读数间隔时间规定如下：开始观测前一小时内，第一点间隔2min，以后每隔3~5min 读数1次；第二小时内，每10~20min读数1次，解吸2h后终止。

注：有时要根据送样方的要求，煤样需解吸至每天平均解吸量小于或等于10cm3为止。

⑸收集瓦斯气体
如图3，解吸结束后，利用排水法集气法将量管中的瓦斯气体收集到集气瓶中，便于实验室进行气体成分分析。

⑹如果量管体积不足以一次容纳从煤样泄出的全部瓦斯，可以中途关闭阀门K1，然后打开阀门K3，排出量管中的瓦斯气体，重新将量管及橡胶管中充满水，同步骤⑴。

然后，关闭阀门K3，打开阀门K1，继续进行解吸观测。