浅析煤层瓦斯含量直接测量方法
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摘要：对风钻取样法和煤电钻取样法测煤层瓦斯含量进行实测比较分析，得出风钻测煤层瓦斯含量优于煤电钻；本次在老虎台矿东、中、西三个方向分别进行了风钻和煤电钻取样测煤层瓦斯含量，对测出的结果进行对比分析，可知风钻测煤层瓦斯含量比煤电钻在煤层瓦斯含量很小时也能测出，而煤电钻有时测不出；由风钻取样和煤电钻取样测煤层瓦斯含量所测结果进行对比分析可知：当煤层瓦斯含量较小时，采用风钻取样测煤层瓦斯含量比煤电钻误差相对较小，所以在测瓦斯含量较小煤层时，应该采用风钻取样测量煤层瓦斯含量；当在高瓦斯煤矿进行瓦斯含量测量时，建议采用风钻取样测量煤层瓦斯含量，因风钻比煤电钻取样相对比较安全。
关键词：煤层瓦斯含量；风钻；煤电钻；取样；误差
1.煤层原始瓦斯含量
煤层瓦斯含量是指单位质量或体积的煤中所含有的瓦斯量，以m3/m3或m3/t表示。它是矿井瓦斯涌出量预测和煤与瓦斯突出预测的重要依据参数之一，普遍采用直接法或间接法测定。
1.1 直接法测定煤层瓦斯含量
直接法就是利用煤层钻孔采集煤体煤芯，用解吸法直接测定煤层瓦斯含量。该方法测定煤层瓦斯含量的原理是：根据煤样实测瓦斯解吸量、按解吸规律推算煤样从采集开始至装罐解吸测定前暴露时间的损失瓦斯量，再利用解吸测定后煤样中残存瓦斯量来计算煤层瓦斯含量。在此浅析风钻取样相对煤电钻取样优缺点，煤电钻取样采用带电作业，对于高瓦斯矿具有一定的危险性，风钻取样相对来说就比较安全，同时在瓦斯较低的煤层，用煤电钻有时就测不出瓦斯含量，而用风钻就可以测出，因为风钻取样速度快，能减少煤芯在空气中暴露的时间，以减少在空气中释放量，下面就在老虎台矿实测的测量值进行分析对比。
1.2 煤样解吸瓦斯量测定
利用解吸法测定煤样的解吸瓦斯量是在未受采动影响的原始煤层中打钻孔取煤样，实测煤样解吸瓦斯量，并根据煤样的瓦斯解吸量随时间的变化规律和煤样暴露时间来计算采样过程中损失的瓦斯量。
① 测定原理：其原理是认为钻孔煤样在刚开始暴露的一段时间内，累计解吸的瓦斯量与煤样解析时间的平方根成正比例，即：利用作图法推算出瓦斯解吸量与时间关系。
② 测定方法：用煤电钻或者风钻在新暴露的煤壁打钻，钻孔深度不小于8m，钻取煤屑，将煤样装满密封罐，保持密封罐与大气相通。记下量管读数，随后接入解吸仪进行解吸瓦斯的测定。瓦斯解吸测定共进行2小时，在第1小时内测定第一次间隔2min，以后每隔2~5min读一次量管中的瓦斯体积数，在第2小时内每隔10~20min读一次数。如果量管体积不足以容纳解吸瓦斯，可以中途关闭弹簧夹，记录量管读数，打开通大气的弹簧夹，排出部分解吸瓦斯后，关闭通大气弹簧夹，记下量管读数，以此作为新的起点。重新打开密封罐解吸瓦斯弹簧夹，继续进行测定。同时要记录测定地点的气温与气压。
解吸测定后的煤样送实验室进行称重、测定，然后进行结果计算。
1.3 损失瓦斯量计算
由上述可知，解吸测定出的瓦斯解吸量仅为煤样总解吸量的一部分，仅是在罐内解吸时间段解吸的瓦斯量，解吸测定前煤样在暴露时间段已损失了的部分瓦斯量，根据作图法即可计算出损失的瓦斯量。
1.4 残存瓦斯量测定
煤的残存瓦斯含量测定是在煤样瓦斯解吸测定结束后，将煤样罐密封，然后送实验室进行测定，测定工作包括煤样粉碎前真空脱气和煤样粉碎后真空脱气两个过程，二者之和为煤样的残存瓦斯量，同时还要对气体进行色谱分析和煤样工业分析等。
1.5 直接法煤层瓦斯含量测定结果
直接法测定的煤层瓦斯含量等于上述解吸瓦斯量、损失瓦斯量与残存瓦斯量之和。
煤样解吸测定前的暴露时间为t0；不同时间t下测定的Voi值所对应的煤样实际解吸时间为t0+t；用绘图软件绘制全部测点[(t0+t)0.5，Voi]，将测点的直线关系段延长与纵坐标轴相交，直线在纵坐标轴上的截距即为瓦斯损失量，将解吸测定后的煤样连同煤样罐送实验室测定其残存瓦斯量、水分、灰分等；
根据煤样损失瓦斯量、解吸瓦斯量及残存瓦斯量和煤中可燃质重量，即可求出煤样的瓦斯含量。
2、风钻取样和煤电钻取样测量煤层瓦斯含量
用煤电钻在新暴露的煤壁打钻，钻孔深度不小于8m，钻取煤屑，将煤样装满密封罐，保持密封罐与大气相通，通常取煤样是用煤电钻直接在打钻钻孔口用煤样罐取，本次所讨论的是，如果用煤电钻打钻时直接在孔口取，所取煤样时间较长，对于瓦斯含量相对较小的煤层而言，瓦斯含量测量误差较大，如果采用风钻打钻取煤样，因风钻能快速将煤芯吹出孔口，以便打钻时在孔口以较短时间就能取得煤样，从而使煤芯在空气中释放的瓦斯量减少，这样煤芯在煤样罐中解吸的瓦斯量增加，使测量误差较小，使所测煤层瓦斯含量更准确。
2. 1 风钻取样测量煤层瓦斯含量
利用上述方法在老虎台矿东部采区（3个测点）、中部采区（3个测点）、西部采区（1个测点）分别布置了测点，在东部55002＃运输巷、回风巷、联络道，中部73004＃运输巷掘进头、回风巷掘进头、运输巷煤门，西部83002＃运输巷、回风巷进行了特厚煤层已采动的未采煤层的瓦斯含量实测工作，通过打钻、取样、井下解吸，实验室测定煤样残存瓦斯量、水分、灰分、挥发分、煤样重量、可燃质质量及瓦斯成分，最后计算整理，可得：
老虎台矿煤层实测可燃质瓦斯含量最大值为3.29 m3/t・r，最小值为2.38 m3/t・r，平均为2.82m3/t・r；，折算成原煤瓦斯含量最大值为2.39 m3/t，最小值为1.3 m3/t，平均为1.91m3/t。
2.2 煤电钻取样测量煤层瓦斯含量
用煤电钻在老虎台风钻取样测煤层瓦斯含量处同样也进行测煤层瓦斯含量，由于是用煤电钻打钻取样，所以在测试的过程中有3个地点未测出煤层瓦斯含量，只有4个测点测出了煤层瓦斯含量。
2.3 风钻取样和煤电钻取样测量煤层瓦斯含量比较分析
由于55002运顺距切眼200m处、73004回风巷掘进头、83002运顺距工作面50m处三个测点煤层瓦斯含量比较小，所以未测出煤层瓦斯含量，能测出瓦斯含量的测点数值分析，老虎台矿煤层实测可燃质瓦斯含量最大值为2.85 m3/t・r，最小值为2.06 m3/t・r，平均为2.42m3/t・r；，折算成原煤瓦斯含量最大值为1.93 m3/t，最小值为1.63 m3/t，平均为1.76m3/t。
根据上述所测结果可得：用风钻打钻取样，虽然瓦斯含量很小，但都能测出煤层瓦斯含量，而用煤电钻打钻取样测煤层瓦斯含量时，在煤层瓦斯含量很小时测不出来，如:55002运顺距切眼200m、73004回风巷掘进头、83002运顺距工作面50m；
由风钻取样和煤电钻取样所测煤层瓦斯含量数值分析可知：可燃质瓦斯含量最大值相差14.33%，最小值相差14.87%，平均值相差15.27%；原煤瓦斯含量最大值相差21.30%，最小值相差22.45%，平均值相差8.18%；
3、结论
1）根据在老虎台煤矿用风钻取样和煤电钻取样测量煤层瓦斯含量可知：风钻取样能测出煤层瓦斯含量较小值，而煤电钻不能测出，当煤层瓦斯含量很小时，建议采用风钻取样测量煤层瓦斯含量；
2）由风钻取样和煤电钻取样测煤层瓦斯含量所测结果进行对比分析可知：可燃质瓦斯含量最大值相差14.33%，最小值相差14.87%，平均值相差15.27%；原煤瓦斯含量最大值相差21.30%，最小值相差22.45%，平均值相差8.18%，当煤层瓦斯含量较小时，采用风钻取样测煤层瓦斯含量比煤电钻误差相对较小，所以在测瓦斯含量较小煤层时，应该采用风钻取样测量煤层瓦斯含量；
3）当在高瓦斯煤矿进行瓦斯含量测量时，建议采用风钻取样测量煤层瓦斯含量，因风钻比煤电钻取样相对比较安全。
参考文献：
1）《老虎台矿煤层瓦斯突出鉴定报告》，2009年；
2）中华人民共和国煤炭行业标准《钻屑瓦斯解吸指标的测定方法》，MT-T641-1996。
作者简介：薛军峰（1977年出生），性别男，山西省芮城人，王家岭项目建设总指挥部安全技术部技术主管，