杜洪濤 徐海東 (新疆煤炭設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司)
摘要：煤的瓦斯含量直接影響煤層含瓦斯的多少和礦井瓦斯涌出量的大小，對(duì)于正確設(shè)計(jì)礦井通風(fēng)，進(jìn)行瓦斯抽放，以及生產(chǎn)礦井的正常通風(fēng)瓦斯管理都有很大的意義。通過鉆孔分析和測(cè)定煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、鉆孔瓦斯流量及衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)等幾項(xiàng)指標(biāo)來(lái)判定煤層瓦斯抽放的難易程度。因此煤層的各項(xiàng)瓦斯參數(shù)指標(biāo)是指導(dǎo)礦井生產(chǎn)和科研工作的重要基礎(chǔ)資料。
關(guān)鍵詞：瓦斯含量 瓦斯壓力 煤層可抽性
1 煤層瓦斯含量
煤層瓦斯含量是指單位質(zhì)量或單位體積的煤在自然狀態(tài)下所含游離和吸附瓦斯的總和。采用間接法測(cè)定，即在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定煤層瓦斯壓力基礎(chǔ)上，取煤樣在實(shí)驗(yàn)室作吸附實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用朗格繆爾公式進(jìn)行計(jì)算含量。
式中：x——瓦斯含量，m3/t；a、b——吸附常數(shù)；p——瓦斯壓力，MPa；Mad——水份，%；Aad——灰份，%；F——孔隙率，%；ARD——視密度，t/m3。
1.1 煤層瓦斯壓力測(cè)定 測(cè)定煤層瓦斯壓力的方法有多種，有用專用的機(jī)械裝置和液體測(cè)壓、水泥砂漿封孔測(cè)壓及粘土測(cè)壓法。①在測(cè)壓鉆孔內(nèi)插入帶有壓力表接頭的紫銅管，管徑為6～8mm，長(zhǎng)度不小于7mm；②將特制的柱狀粘土送入孔內(nèi)，柱狀粘土末端距紫銅管末端0.2～0.5m，每次送入0.3～0.5m，用堵棍搗實(shí)；③每堵1m粘土柱打入1個(gè)木塞，木塞直徑小于鉆孔直徑10～15mm；④在孔口（0.5～1m）用水泥砂漿封堵。經(jīng)24h水泥凝固后，安上壓力表測(cè)壓，穩(wěn)定后的壓力即為煤層瓦斯壓力。
理論與實(shí)踐表明，計(jì)算煤層瓦斯含量時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮水份、灰份、溫度和瓦斯壓縮系數(shù)的影響，對(duì)于一般礦井，瓦斯壓力、溫度不高，其溫度、瓦斯壓縮系數(shù)的影響較小，可以不考慮；但對(duì)于深部開采的高溫、高瓦斯壓力的礦井，應(yīng)當(dāng)考慮溫度等影響。
1.2 煤層瓦斯壓力梯度 煤層瓦斯運(yùn)移的總趨勢(shì)是瓦斯由地層深部向地表逸散，這一規(guī)律決定了煤層瓦斯壓力隨深度的增加而增大。但即使在同一采深的情況下，不同礦區(qū)的瓦斯壓力有很大差別，瓦斯壓力梯度也不盡相同。
式中：P——在深度H處的瓦斯壓力，MPa； H0——瓦斯風(fēng)化帶深度，m；H——距地表垂深，m；m——瓦斯壓力梯度，MPa/m； p0——瓦斯風(fēng)化帶； H0——深處的瓦斯壓力，取為0.15～0.2MPa。
1.3 鉆孔瓦斯流量及其衰減系數(shù)的測(cè)定 測(cè)定采用目前通行的方法，即利用測(cè)壓鉆孔測(cè)定煤層瓦斯壓力，壓力值穩(wěn)定后卸下壓力表，再利用煤氣表測(cè)定鉆孔瓦斯流量和其隨時(shí)間的變化關(guān)系。目前采用煤氣表人工讀數(shù)方法能滿足測(cè)試精度要求。
在測(cè)壓結(jié)束后卸下壓力表，安上煤氣表測(cè)定鉆孔的自然瓦斯流量，并觀測(cè)其隨時(shí)間的變化值，直到穩(wěn)定在某一數(shù)值為止；根據(jù)測(cè)定結(jié)果，計(jì)算鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。
鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)可以作為評(píng)估開采煤層瓦斯預(yù)抽難易程度的一個(gè)指標(biāo)。鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)的具體測(cè)定方法是：先測(cè)定初始流量q0，經(jīng)時(shí)間t后（流量達(dá)到穩(wěn)定），再測(cè)其瓦斯流量qt，然后用下式回歸計(jì)算衰減系數(shù)a：
式中a——鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)，d-1；q0——鉆孔初始瓦斯流量，m3/min；qt——經(jīng)t時(shí)間后的鉆孔瓦斯流量，m3/min；t——時(shí)間，d。
1.4 煤層透氣性系數(shù)的測(cè)定 國(guó)內(nèi)外測(cè)定煤層透氣性系數(shù)方法不盡相同，其結(jié)果也不相同；但具有一致性，一般突出煤層的原始煤層透氣性系數(shù)較非突出煤層低。在井下直接測(cè)定煤層透氣性系數(shù)方法，常用的有：P.M.克里切斯基法、馬克尼瓦斯壓力恢復(fù)曲線法和中國(guó)礦院方法，它們均是以徑向不穩(wěn)定流動(dòng)理論為計(jì)算基礎(chǔ)。
煤層透氣性系數(shù)容易受應(yīng)力狀態(tài)、瓦斯排放等因素的影響（前蘇聯(lián)東方煤礦安全研究所研究表明：λ=aｅ-(bp+c)σ
式中a、b、c——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；p——瓦斯壓力，MPa；σ——應(yīng)力垂直分量，MPa。
2 煤層可抽性評(píng)價(jià)
瓦斯抽放指標(biāo)是用來(lái)衡量煤層瓦斯抽放難易程度的參數(shù)，常用的有煤層透氣性系數(shù)和鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。
根據(jù)國(guó)家安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ1027－2006《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（以下簡(jiǎn)稱《抽放規(guī)范》）的有關(guān)規(guī)定，將未卸壓的原始煤層的抽放難易程度劃分為：容易抽放、可以抽放、較難抽放三種類型，并規(guī)定了相應(yīng)的取值范圍。
3 實(shí)例分析
新疆天池能源有限責(zé)任公司丁家灣煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力90萬(wàn)t/a。井田東西長(zhǎng)約0.9～2.35km，南北寬約1.8～2.22km，面積4.0km2；井田為一單斜構(gòu)造，地層大體上向西傾。井田構(gòu)造的復(fù)雜程度屬于中等。礦井采用斜井開拓，單水平上下山開采；主要開采煤層為A4、A3、A1-2煤層，開采煤種為氣煤。
礦井在開采過程中對(duì)布置A4、A1-2煤層的開采巷道進(jìn)行了鉆孔取樣測(cè)試
根據(jù)計(jì)算A3、A4煤層屬于可以抽放煤層，建議在采掘活動(dòng)中，嚴(yán)格執(zhí)行先抽后采（掘）的原則，待按有關(guān)抽采標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求并經(jīng)評(píng)價(jià)抽采防突有效后，方可進(jìn)行采掘作業(yè)。
４ 結(jié)論
煤層中的瓦斯以三種狀態(tài)存在：游離瓦斯、吸附瓦斯和吸收瓦斯。吸收瓦斯量很少，在煤體內(nèi)活動(dòng)性不大，測(cè)量上也存在困難，一般不予測(cè)定。煤的瓦斯含量通常只是包括游離瓦斯和吸附瓦斯兩部分。游離瓦斯可以根據(jù)煤的孔隙率與瓦斯壓力經(jīng)行計(jì)算，吸附瓦斯根據(jù)煤的吸附常數(shù)進(jìn)行計(jì)算。通過鉆孔分析和測(cè)定煤層瓦斯壓力、瓦斯含量、鉆孔瓦斯流量及衰減系數(shù)和煤層透氣性系數(shù)等指標(biāo)是指導(dǎo)礦井開展瓦斯抽放設(shè)計(jì)及施工的科學(xué)依據(jù)。
參考文獻(xiàn)：
[1]蘇現(xiàn)波，陳江峰，等.煤層氣地質(zhì)學(xué)與勘探開發(fā)[M].北京：科學(xué)出版社.2001.
[2]許江，等.煤與瓦斯突出潛在危險(xiǎn)區(qū)預(yù)測(cè)的研究[M].重慶：重慶大學(xué)出版社.2004.
[3]王強(qiáng).煤礦瓦斯抽放規(guī)范、瓦斯利用及瓦斯災(zāi)害防治綜合治理技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)煤炭出版社.2007
