西銘礦瓦斯基礎參數測定數據分析

蘇旭東

西銘煤礦目前開采 2#、3#、8#、9#煤層。隨著開采深度的增加，為了確保礦井安全高效生產，該礦進行了 2#、3#.、8#、9#煤層瓦斯基礎參數測定工作。

西銘礦測定的瓦斯基礎參數主要包括：煤層瓦斯含量測定;煤層原始瓦斯壓力測定;煤層鉆孔瓦斯涌出量及衰減系數測定;煤層透氣性系數測定;煤的吸附常數a、b值的測定;煤的孔隙率測定;煤樣工業分析測定等。這些參數需分別在現場及實驗室測定。

1 煤層瓦斯含量的測定

煤層瓦斯含量是指單位體積或重量的煤體中含有的瓦斯量，它是計算瓦斯儲量和預測瓦斯涌出量的基礎。

本次采用直接法測定煤層瓦斯含量。直接法測定煤層瓦斯含量，采集煤體煤芯，用解吸法測定煤層瓦斯解吸量。推算煤樣從采集開始至裝罐解吸測定前的損失瓦斯量，再利用解吸測定后煤樣中殘存瓦斯量計算煤層瓦斯含量。其測定步驟如下：

1)在采掘工作面煤壁上，垂直煤壁打一個d42 mm、孔深15 m以上的鉆孔(若是新開掘進巷道，10 m即可)，當鉆孔鉆至15 m時開始取樣，并記錄采樣開始時間t1。

2)將采集的新鮮煤樣裝罐并記錄，煤樣裝罐后開始解吸測定的時間t2，用FHJ－2型瓦斯解吸速度測定儀測定不同時間t下的煤樣累積瓦斯解吸總量Vi，瓦斯解吸速度測定為2 h，解吸測定停止后，擰緊煤樣罐以保證不漏氣，送實驗室測定煤樣殘存瓦斯量。

3)損失量計算：

式中：

Voi—換算成標準狀態下的解吸瓦斯體積，mL;

Vi—不同時間解吸瓦斯測定值，mL;

P0—大氣壓力，Pa;

hw—量管內水柱高度，mm;

Ps—hw下飽和水蒸汽壓力，Pa;

tw—量管內水溫，℃。

煤樣解吸測定前的暴露時間為t0，t0=t2－t1，本次測定t0=2 min;不同時間t下測定的Voi值所對應的煤樣實際解吸時間為t0+t;用繪圖軟件繪制全部測點［(t0+t)0.5，Voi］，將測點的直線關系段延長與縱坐標軸相交，直線在縱坐標軸上的截距，即為瓦斯損失量。

4)根據煤樣損失瓦斯量、解吸瓦斯量及殘存瓦斯量和煤中可燃質重量，即可求出煤樣的瓦斯含量：

式中：

Vo—標準狀態下煤樣瓦斯解吸量，mL;

V1—標準狀態下煤樣損失瓦斯量，mL;

V2—標準狀態下煤樣殘存瓦斯量，mL;

G0—煤樣可燃質重量，g;

X—煤樣瓦斯含量，mL/g·r。

2 壓力的測定

煤層瓦斯壓力是指煤孔隙中所含游離態瓦斯的壓力，即氣體作用于孔隙壁的壓力。煤層瓦斯壓力是煤層瓦斯流動和涌出的基本參數，亦即煤層瓦斯流動的動力，它不僅決定著煤層瓦斯含量與涌出量的大小，而且對于煤與瓦斯突出預測及合理制定防突措施等均起著重要作用。

由于該礦井下沒有石門揭煤巷道，在揭煤前打穿層鉆孔穿透煤層，因此，本次 2#、3#、8#、9#煤層瓦斯壓力均采取本煤層打順層鉆孔測定。具體方法如下：

1)打孔。利用鉆機在煤壁順煤層打孔徑為d75 mm，孔深40 m。

2)封孔。封孔距離為30 m，其中端頭1 m用反應比較慢的聚氨酯纏布直接插入孔中，剩余29 m用泵注入正常反應速度聚氨酯。鋼管用聚氨酯封孔慢速，剩余29 m用水泥砂漿混有定量的膨脹水泥封孔。孔口用木楔堵死。注漿6＇鋼管，設有閥門。

3)測壓。銅管末端安裝閥門，每天讀取壓力表數值。

3 煤層鉆孔瓦斯涌出量及衰減系數測定

表征鉆孔自然瓦斯涌出特征的參數有兩個，分別是鉆孔初始瓦斯涌出強度q0和鉆孔瓦斯流量衰減系數α。其中，鉆孔瓦斯流量衰減系數α是評價煤層瓦斯預抽難易程度的一個重要指標。

測定示意圖，見圖1。

圖1 衰減系數測定示意圖

具體測定步驟為：

1)在掘進工作面選擇新鮮暴露煤壁，沿煤層打一個孔徑75 mm，長50 m左右的鉆孔，用4＇鋼管和水泥沙漿封孔，封孔長度2～3 m，并記錄成孔和封孔時間。

2)定期測量鉆孔自然瓦斯流量q，并記錄流量測定時的鉆孔自排瓦斯時間t。

3)根據不同自排時間下的鉆孔自然瓦斯流量測定數組(ti，qi)，回歸分析求出q0和α，即為鉆孔自然排放瓦斯規律。

西銘礦瓦斯基礎參數測定主要數據見表1。

表1 瓦斯基礎參數測定主要數據表

4 結論

1) 西銘煤礦 2#、3#、8#、9#煤層實測瓦斯含量分別為5.72 ～ 8.21 m3/t、2.86 ～ 5.12 m3/t、7.32 ～11.59 m3/t、5.45 ～7.32 m3/t;煤層原始瓦斯壓力分別為 0.4 MPa、0.26 MPa、0.42 MPa、0.34 MPa。

2)根據礦井瓦斯涌出量預測結果，西銘礦為高瓦斯礦井，應建立瓦斯抽放系統。瓦斯流量衰減系數為0.042 ～0.342 d－1，屬于可以抽放煤層，具備本煤層瓦斯抽放的條件。

3)建議隨著礦井開拓開采區域的擴大和煤層開采深度的增加，加強煤層瓦斯含量的測定工作，并根據測定結果檢驗和修正礦井瓦斯涌出量預測結果。為礦井通風及瓦斯治理提供可靠依據。

4)西銘礦已經建立了瓦斯抽采系統，為提高西銘礦瓦斯抽采能力、優化抽采系統，實現分源抽采和分抽分送，確保了煤礦安全生產。

5) 由于8#、9#煤層層間距近(2 ～3 m)，8#煤回采過程中會受到9#煤瓦斯涌出影響，因此，建議在9#煤中布置底抽鉆場或底抽巷提前進行瓦斯預抽。