煤层瓦斯压力及含量测定技术.ppt

煤层瓦斯压力及含量煤层瓦斯压力及含量测定技术测定技术测定目的及意义测定目的及意义煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范 1.11.2一、一、一、一、瓦斯压力、含量测定的目的及意义瓦斯压力、含量测定的目的及意义瓦斯压力、含量测定的目的及意义瓦斯压力、含量测定的目的及意义煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力是指煤层中瓦是指煤层中瓦斯所具有的气斯所具有的气体压力，由游体压力，由游离瓦斯形成。离瓦斯形成。煤层瓦斯煤层瓦斯含量大小含量大小煤层瓦煤层瓦斯流动斯流动动力源动力源煤与瓦斯煤与瓦斯突出重要突出重要因素因素 评价瓦斯储量、评价瓦斯储量、瓦斯涌出量、瓦斯流瓦斯涌出量、瓦斯流量量的重要依据。的重要依据。瓦斯流动动力瓦斯流动动力高低以及瓦斯动力高低以及瓦斯动力现象的潜能大小的现象的潜能大小的基本参数。基本参数。瓦斯抽采与瓦斯突出问题瓦斯抽采与瓦斯突出问题中，掌握准确可靠的瓦斯压力中，掌握准确可靠的瓦斯压力（含量）数据最为重要。（含量）数据最为重要。1.1测定目的及意义1.1测定目的及意义 在煤层突出危险性鉴定、区域突出危险在煤层突出危险性鉴定、区域突出危险性预测、区域防突措施效果检验和突出矿井性预测、区域防突措施效果检验和突出矿井开采的非突出煤层和高瓦斯矿井的开采煤层，开采的非突出煤层和高瓦斯矿井的开采煤层，在延深达到或超过在延深达到或超过50m或开拓新采区时需要或开拓新采区时需要测定煤层瓦斯压力。测定煤层瓦斯压力。1.21.2煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范1、预抽回采区域措施检验点布置、预抽回采区域措施检验点布置 对穿层钻孔或顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措对穿层钻孔或顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时若回采工作面长度未超过施进行检验时若回采工作面长度未超过120m，则沿回采工作，则沿回采工作面推进方向每间隔面推进方向每间隔3050m至少布置一个检验测试点；若回采至少布置一个检验测试点；若回采工作面长度大于工作面长度大于120m时，则在回采工作面推进方向每间隔时，则在回采工作面推进方向每间隔3050m，至少沿工作面方向布置两个检验测试点，且检验测试，至少沿工作面方向布置两个检验测试点，且检验测试点要在工作面巷道轮廓线外点要在工作面巷道轮廓线外15m(回采区域侧回采区域侧)至工作面中部区至工作面中部区域内均匀布置。域内均匀布置。1.21.2煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范1、预抽回采区域措施检验点布置、预抽回采区域措施检验点布置 1.21.2煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范1、预抽回采区域措施检验点布置、预抽回采区域措施检验点布置1.21.2煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范2、穿层钻孔预抽煤巷条带措施检验点布置、穿层钻孔预抽煤巷条带措施检验点布置 对穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验对穿层钻孔预抽煤巷条带煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，在煤巷条带每间隔时，在煤巷条带每间隔3050m至少布置一个检验测试点，且至少布置一个检验测试点，且检验测试点要在煤巷轮廓线至煤巷轮廓线外检验测试点要在煤巷轮廓线至煤巷轮廓线外15m范围均匀布置；范围均匀布置；1.21.2煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范3、穿层钻孔预抽石门揭煤区域措施检验点布置、穿层钻孔预抽石门揭煤区域措施检验点布置 对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯对穿层钻孔预抽石门（含立、斜井等）揭煤区域煤层瓦斯区域防突措施进行检验时，至少布置区域防突措施进行检验时，至少布置4个检验测试点，分别位个检验测试点，分别位于要求预抽区域内的上部、中部和两侧，并且至少有一个检验于要求预抽区域内的上部、中部和两侧，并且至少有一个检验测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于测试点位于要求预抽区域内距边缘不大于2m的范围，至少有的范围，至少有一个检验测试点位于预揭石门巷道轮廓线上。一个检验测试点位于预揭石门巷道轮廓线上。1.21.2煤层瓦斯压力、含量测定规范煤层瓦斯压力、含量测定规范4、沿空掘巷突出危险性效果检验点布置、沿空掘巷突出危险性效果检验点布置 对沿空送巷掘进工作面突出危险性效果检验时，在煤巷条对沿空送巷掘进工作面突出危险性效果检验时，在煤巷条带每间隔带每间隔2030m至少布置一个检验测试点，每个检验区域不至少布置一个检验测试点，每个检验区域不得少于得少于3个点，且检验测试点要在预掘煤巷中心线至煤巷轮廓个点，且检验测试点要在预掘煤巷中心线至煤巷轮廓线外线外15m范围均匀布置。范围均匀布置。二、煤层瓦斯压力二、煤层瓦斯压力测定测定瓦斯在煤层中赋存及流动规律瓦斯在煤层中赋存及流动规律概述概述 2.12.2瓦斯压力测定技术发展概况瓦斯压力测定技术发展概况 瓦斯压力测定国家标准瓦斯压力测定国家标准 新安煤田瓦斯测压难点新安煤田瓦斯测压难点 新安煤田瓦斯压力测定方法新安煤田瓦斯压力测定方法 2.32.42.52.62.1概述概述指煤孔隙中所含游离瓦斯的气体压力，是决定瓦斯含量的主要因素，造成突出的重要压力之一。多年来，面对新安煤田煤层透气性低、顶底板破碎等复杂地质条件，经过不断探索，总结了一套测压钻孔施工和封孔方法。煤层瓦斯赋存和流动规律，总结了前人煤层瓦斯压力测定工艺，介绍了瓦斯压力测定的国家标准，详细介绍新安煤田测压工序。2.1概述概述煤层瓦斯煤层瓦斯压力压力新安煤田新安煤田瓦斯压力瓦斯压力测定概况测定概况 本节主要本节主要内容内容2.2 瓦斯在煤层中赋存及流动规律瓦斯在煤层中赋存及流动规律瓦斯的概念及来源；瓦斯的性质；瓦斯的生成。瓦斯在煤层内的存在状态；煤层瓦斯赋存的垂向分带；煤对瓦斯的吸附特性；影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素。瓦斯在煤层中运移的基本规律；煤层中瓦斯流动状态分类。2.2.1 2.2.1 瓦斯的性质瓦斯的性质及生成及生成2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋煤层瓦斯赋存存2.2.3 2.2.3 煤层瓦斯运煤层瓦斯运移的基本规律移的基本规律 2.2.1 2.2.1 瓦斯性质及其生成瓦斯性质及其生成1、瓦斯及性质、瓦斯及性质 广义上讲，矿井瓦斯是井下有害气体的总称。包括：甲广义上讲，矿井瓦斯是井下有害气体的总称。包括：甲烷（烷（CH4）、重烃（）、重烃（CnHm）、氢气（）、氢气（H2）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2）、一氧化碳（）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（）、二氧化氮（NO2）、二氧化硫（）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（）、硫化氢（H2S）、氡（）、氡（Rn）等。）等。煤矿大部分瓦斯来自于煤层，而煤层中的瓦斯一般以甲煤矿大部分瓦斯来自于煤层，而煤层中的瓦斯一般以甲烷为主（可达烷为主（可达80%90%），它是威胁矿井安全的主要危险源，），它是威胁矿井安全的主要危险源，所以在煤矿狭义的瓦斯专指甲烷（所以在煤矿狭义的瓦斯专指甲烷（CH4）。）。甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧和爆炸的气体。其爆甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧和爆炸的气体。其爆炸极限为炸极限为5%16%，它对人体的影响同氮相似，可使人窒息。，它对人体的影响同氮相似，可使人窒息。当甲烷浓度为当甲烷浓度为43时，空气中相应的氧浓度即降到时，空气中相应的氧浓度即降到12，人，人感到呼吸非常急促；当甲烷浓度在空气中达感到呼吸非常急促；当甲烷浓度在空气中达57时，相应的时，相应的氧浓度被冲淡到氧浓度被冲淡到9，人即可处于昏迷状态，有死亡危险。，人即可处于昏迷状态，有死亡危险。2.2.1 2.2.1 瓦斯性质及其生成瓦斯性质及其生成2、瓦斯生成、瓦斯生成 在生物化学作用成气时期是从腐植型有机物堆积在沼泽在生物化学作用成气时期是从腐植型有机物堆积在沼泽相和三角洲相环境中开始的，在温度不超过相和三角洲相环境中开始的，在温度不超过65条件下，腐条件下，腐植体经厌氧微生物分解成甲烷和二氧化碳，其模式可用下式植体经厌氧微生物分解成甲烷和二氧化碳，其模式可用下式来概括：来概括：在瓦斯生成的同时，芳香核进一步缩合，碳元素进一步在瓦斯生成的同时，芳香核进一步缩合，碳元素进一步集中在碳网中。随着煤化变质作用的加深，基本结构单元中集中在碳网中。随着煤化变质作用的加深，基本结构单元中缩聚芳香核的数目不断增加，到无烟煤时，主要由缩聚芳香缩聚芳香核的数目不断增加，到无烟煤时，主要由缩聚芳香核组成。从褐煤到无烟煤，煤的变质程度越高，生成的瓦斯核组成。从褐煤到无烟煤，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量也越多。量也越多。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存1、煤层瓦斯赋存状态、煤层瓦斯赋存状态 游离瓦斯：由于甲烷分子的自由热运动，显示出相应的游离瓦斯：由于甲烷分子的自由热运动，显示出相应的瓦斯压力，这种状态的瓦斯服从气体状态方程；瓦斯压力，这种状态的瓦斯服从气体状态方程；吸附瓦斯：存在在微孔表面上和在煤的粒子内部占据着吸附瓦斯：存在在微孔表面上和在煤的粒子内部占据着煤分子结构的孔穴或煤分子之间的空间。煤分子结构的孔穴或煤分子之间的空间。煤层中瓦斯除吸附和游离煤层中瓦斯除吸附和游离状态以外，还有可能以瓦斯水状态以外，还有可能以瓦斯水化物晶体形式存在，其结构形化物晶体形式存在，其结构形式为式为xMyH2O，其中，其中M代表烃；代表烃；固溶态等。但现有开采水平下，固溶态等。但现有开采水平下，游离瓦斯仅占游离瓦斯仅占512，其余为，其余为吸附瓦斯吸附瓦斯2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带、煤层瓦斯垂向分带 煤层瓦斯沿垂向一煤层瓦斯沿垂向一般可分为两个带：瓦斯般可分为两个带：瓦斯风化带与甲烷带。瓦斯风化带与甲烷带。瓦斯风化带是风化带是CO2N2、N2与与N2CH4三个带三个带的统称，各带不仅瓦斯的统称，各带不仅瓦斯组分不同而且瓦斯含量组分不同而且瓦斯含量也不相同。也不相同。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带、煤层瓦斯垂向分带瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：瓦斯风化带的下部边界可按下列条件确定：甲烷及重烃浓度之和甲烷及重烃浓度之和80（按体积）；（按体积）；瓦斯压力瓦斯压力P0.10.15MPa；相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量qCH423m3/t煤；煤；煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量x1.01.5m3/t可燃物（长焰煤）可燃物（长焰煤）x1.52.0m3/t可燃物（气煤）可燃物（气煤）x2.02.5m3/t可燃物（肥、焦煤）可燃物（肥、焦煤）x2.53.0m3/t可燃物（瘦煤）可燃物（瘦煤）x3.04.0m3/t可燃物（贫煤）可燃物（贫煤）x5.07.0m3/t可燃物（无焰煤）可燃物（无焰煤）2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存2、煤层瓦斯垂向分带、煤层瓦斯垂向分带甲烷带：甲烷带：位于瓦斯风化带下边界以下的位于瓦斯风化带下边界以下的属于甲烷带，煤层的瓦斯压力、瓦属于甲烷带，煤层的瓦斯压力、瓦斯含量随埋藏深度的增加呈有规律斯含量随埋藏深度的增加呈有规律的增长。的增长。增长的梯度，在不同煤质（煤增长的梯度，在不同煤质（煤化程度）、不同地质构造与赋存条化程度）、不同地质构造与赋存条件有所不同。件有所不同。瓦斯压力梯度的变化范围为瓦斯压力梯度的变化范围为0.0070.012MPa/m，近似于静水，近似于静水压力值。压力值。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存3、煤对瓦斯的吸附特性、煤对瓦斯的吸附特性 煤是一种天然的吸附剂，具有良好的吸附性能。煤对瓦煤是一种天然的吸附剂，具有良好的吸附性能。煤对瓦斯的吸附属于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之间的作用力是斯的吸附属于物理吸附，即瓦斯分子煤分子之间的作用力是剩余的表面自由力（范德华引力）。在一定条件下，瓦斯还剩余的表面自由力（范德华引力）。在一定条件下，瓦斯还可以从煤中解吸出来，吸附与解吸是可逆的。可以从煤中解吸出来，吸附与解吸是可逆的。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 压力与温度：压力与温度：煤层瓦斯压力越大，其含量越高；温度温度每升高煤层瓦斯压力越大，其含量越高；温度温度每升高1，吸，吸附瓦斯的能力降低约附瓦斯的能力降低约8。水分：水分：2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤变质程度的影响煤变质程度的影响：煤的煤化程度反映其比表面积大小与化学组成，一般讲，煤的煤化程度反映其比表面积大小与化学组成，一般讲，从挥发分为从挥发分为2026之间的煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速之间的煤到无烟煤，相应的吸附量呈快速的增长。的增长。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤层和围岩的透气性：煤层和围岩的透气性：一般情况下，煤层及围一般情况下，煤层及围岩透气性越大，瓦斯越易流岩透气性越大，瓦斯越易流失，瓦斯含量越小；反之，失，瓦斯含量越小；反之，瓦斯易于保存，煤层的瓦斯瓦斯易于保存，煤层的瓦斯含量大，比如孔隙与裂隙发含量大，比如孔隙与裂隙发育的砂岩、砾岩和灰岩的透育的砂岩、砾岩和灰岩的透气性非常大，它比致密而裂气性非常大，它比致密而裂隙不发育的岩石的透气系数隙不发育的岩石的透气系数高百万倍，在漫长的地质年高百万倍，在漫长的地质年代中，会排放大量的瓦斯。代中，会排放大量的瓦斯。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 埋深及煤层倾角：埋深及煤层倾角：一般情况下，随着煤层埋深增加，煤层瓦斯含量也与随一般情况下，随着煤层埋深增加，煤层瓦斯含量也与随之增大。在同一埋深下，煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高。之增大。在同一埋深下，煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高。例如芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡（例如芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡（4080），相对瓦斯），相对瓦斯涌出量约涌出量约20m3/t，无瓦斯突出现象；而南翼煤层倾角缓（，无瓦斯突出现象；而南翼煤层倾角缓（612）相对瓦斯涌出量达）相对瓦斯涌出量达150m3/t，而且发生了煤与瓦斯突，而且发生了煤与瓦斯突出。出。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤层露头：煤层露头：煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，煤层露头是瓦斯向地面排放的出口，露头存在时间越长，瓦斯排放越多；反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量越高。瓦斯排放越多；反之，地表无露头的煤层，瓦斯含量越高。例如中梁山煤田，煤层无露头，而且为背斜构造，所以例如中梁山煤田，煤层无露头，而且为背斜构造，所以煤层瓦斯含量大。煤层瓦斯含量大。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 地质构造：地质构造：煤系地层为沉积地层，煤系地层为沉积地层，各种岩石的透气性有很大差各种岩石的透气性有很大差别，在地层与地质构造的共别，在地层与地质构造的共同作用下，可能形成封闭型同作用下，可能形成封闭型地质构造或开放型地质构造。地质构造或开放型地质构造。封闭型地质构造有利于瓦斯封闭型地质构造有利于瓦斯储存，开放型地质构造有利储存，开放型地质构造有利于瓦斯排放。于瓦斯排放。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 地质构造（地质构造（褶曲构造）：）：闭合而完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存瓦斯闭合而完整的背斜或穹窿又覆盖有不透气的地层是良好的储存瓦斯构造，其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成构造，其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成“气顶气顶”。在倾伏背斜的。在倾伏背斜的轴部，瓦斯浓度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地轴部，瓦斯浓度通常也高于翼部。但是当背斜轴顶部因张力形成连通地表的裂隙时，瓦斯易于流失，轴部瓦斯含量反而低于翼部。表的裂隙时，瓦斯易于流失，轴部瓦斯含量反而低于翼部。向斜构造存在两种情况向斜构造存在两种情况:一种情况下，因轴部受到强力挤压，透气性一种情况下，因轴部受到强力挤压，透气性差，使轴部的瓦斯含量高于翼部差，使轴部的瓦斯含量高于翼部:另一种情况下，由于向斜轴部瓦斯补给另一种情况下，由于向斜轴部瓦斯补给区域缩小，当轴部裂隙发育，透气性好时，有利于瓦斯流失，开采至向区域缩小，当轴部裂隙发育，透气性好时，有利于瓦斯流失，开采至向斜轴部时，相对瓦斯涌出量反而减少。斜轴部时，相对瓦斯涌出量反而减少。受构造影响形成局部变厚的大煤包时，也会出现瓦斯含量增高的现受构造影响形成局部变厚的大煤包时，也会出现瓦斯含量增高的现象。这是因为煤包在构造应力作用下，周围煤层被压薄，上下透气性差象。这是因为煤包在构造应力作用下，周围煤层被压薄，上下透气性差的岩层形成对大煤包的封闭条件。的岩层形成对大煤包的封闭条件。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 火成岩的侵入：火成岩的侵入：岩浆侵入含煤岩系、煤层，使煤、岩层产生膨胀及压缩。火成岩浆侵入含煤岩系、煤层，使煤、岩层产生膨胀及压缩。火成岩侵入煤层对瓦斯赋存既有形成、保存瓦斯的作用，也有某些条岩侵入煤层对瓦斯赋存既有形成、保存瓦斯的作用，也有某些条件下使瓦斯逸散的可能。件下使瓦斯逸散的可能。通常情况下，火成岩侵入带与未侵入带的过渡地带瓦斯含量往通常情况下，火成岩侵入带与未侵入带的过渡地带瓦斯含量往往较大，如淮北局的杨柳矿，皖北局的卧龙湖矿。往较大，如淮北局的杨柳矿，皖北局的卧龙湖矿。岩浆岩侵入带易发生煤与瓦斯突出，如北票矿区，岩浆岩侵入岩浆岩侵入带易发生煤与瓦斯突出，如北票矿区，岩浆岩侵入带发生的突出（带发生的突出（265）次占突出总数的）次占突出总数的25%。这是由于尤其是岩浆。这是由于尤其是岩浆岩侵入引起的煤层局部变质带，当煤的变质程度不一而形成混杂岩侵入引起的煤层局部变质带，当煤的变质程度不一而形成混杂状态时，煤的力学性质的变化，以及由此引起的应力不均匀分布状态时，煤的力学性质的变化，以及由此引起的应力不均匀分布更为明显。更为明显。2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋存4、瓦斯含量的主要影响因素、瓦斯含量的主要影响因素 煤化程度：煤化程度：煤是天然吸附体，煤层的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力煤是天然吸附体，煤层的煤化程度越高，其存贮瓦斯的能力越强。在甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化程度不同的越强。在甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化程度不同的煤，其瓦斯含量不仅不同，而且随深度增加其瓦斯含量增加也煤，其瓦斯含量不仅不同，而且随深度增加其瓦斯含量增加也不同；不同；对于高变质无烟煤（挥发分低于对于高变质无烟煤（挥发分低于120mL/g）其瓦斯含量不服）其瓦斯含量不服从上述规律。这是因为这种煤的结构发生了质的变化，其瓦斯从上述规律。这是因为这种煤的结构发生了质的变化，其瓦斯含量很低，而且与埋深无关，例如湖南煤田矿区的文化村矿，含量很低，而且与埋深无关，例如湖南煤田矿区的文化村矿，煤变质已接近石墨（挥发分仅煤变质已接近石墨（挥发分仅3.14%）,煤层瓦斯含量很低。煤层瓦斯含量很低。2.2.32.2.3煤层瓦斯运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律瓦斯在煤层中运移的基本规律煤层的孔隙和裂隙的尺寸是不均匀的，因而在大裂隙带中可能煤层的孔隙和裂隙的尺寸是不均匀的，因而在大裂隙带中可能出现紊流，而在微裂隙中则属于层流运动，在微孔中还存在扩出现紊流，而在微裂隙中则属于层流运动，在微孔中还存在扩散分子滑流。根据实验室和在现场对瓦斯流动规律的测定，其散分子滑流。根据实验室和在现场对瓦斯流动规律的测定，其流动规律主要是遵循达西定律，即是层流运动。流动规律主要是遵循达西定律，即是层流运动。在一般情况下，以达西定律为基础来研究煤层瓦斯流动规律还在一般情况下，以达西定律为基础来研究煤层瓦斯流动规律还是可行的，但是在特殊情况下，如石门揭开煤层、瓦斯喷出或是可行的，但是在特殊情况下，如石门揭开煤层、瓦斯喷出或突出，则必须按当时条件加以修正。突出，则必须按当时条件加以修正。瓦斯在中孔以上的孔隙或裂隙内的运移有层流和紊流两种形式，瓦斯在中孔以上的孔隙或裂隙内的运移有层流和紊流两种形式，而层流运移通常又可分为线性和非线性渗透两种，紊流一般只而层流运移通常又可分为线性和非线性渗透两种，紊流一般只有发生在瓦斯喷出和煤与瓦斯突出时的瓦斯流动，在原始煤层有发生在瓦斯喷出和煤与瓦斯突出时的瓦斯流动，在原始煤层中瓦斯的运移是层流运动。中瓦斯的运移是层流运动。2.2.32.2.3煤层瓦斯运移的基本规律线性渗透线性渗透 当瓦斯在煤层中的流动为线性渗透时，即瓦斯流速与煤层中当瓦斯在煤层中的流动为线性渗透时，即瓦斯流速与煤层中瓦斯压力梯度成正比时，呈线性规律，符合达西定律。中国矿瓦斯压力梯度成正比时，呈线性规律，符合达西定律。中国矿业大学在实验室中对用煤粉压制的圆柱形人工煤样进行的大量业大学在实验室中对用煤粉压制的圆柱形人工煤样进行的大量瓦斯渗透试验表明：瓦斯在孔隙直径较大的煤样中流动时，完瓦斯渗透试验表明：瓦斯在孔隙直径较大的煤样中流动时，完全服从达西定律。即：全服从达西定律。即：式中式中 q比流量，比流量，m3/(m2d)透气系数，；透气系数，；P1入口处瓦斯压力平方，入口处瓦斯压力平方，MPa P2出口处瓦斯压力平方，出口处瓦斯压力平方，MPa2；L煤样长度，煤样长度，m。2.2.32.2.3煤层瓦斯运移的基本规律非非线性渗透线性渗透 当雷诺数大于一定值以后，瓦斯在煤层中的流动即处于非线性当雷诺数大于一定值以后，瓦斯在煤层中的流动即处于非线性渗流而不服从达西定律。在非线性渗流条件下，比流量与压力差之渗流而不服从达西定律。在非线性渗流条件下，比流量与压力差之间关系可用指数方程表示，即：间关系可用指数方程表示，即：式中式中 qn在在n点的比流量点的比流量m3/(m2d)；m渗透指数渗透指数m12；dP瓦斯压力平方的差，瓦斯压力平方的差，；dn与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，与瓦斯流动方向一致的某一极小长度，m；透气系数，透气系数，。当当m1时，上式与达西定律相同；当时，上式与达西定律相同；当m1时，表明随着雷诺时，表明随着雷诺数增大，流体流动时在转弯、扩大、缩小等局部阻力处引起的压力数增大，流体流动时在转弯、扩大、缩小等局部阻力处引起的压力损耗增大，致使比流量损耗增大，致使比流量 降低，此时流体在多孔介质中的流动就表现降低，此时流体在多孔介质中的流动就表现为非线性渗流。为非线性渗流。2.3 瓦斯压力测定的目的和意义瓦斯压力测定的目的和意义 瓦斯的概念及来源；瓦斯的性质；瓦斯的生成。瓦斯在煤层内的存在状态；煤层瓦斯赋存的垂向分带；煤对瓦斯的吸附特性；影响煤层瓦斯赋存及含量的主要因素。瓦斯在煤层中运移的基本规律；煤层中瓦斯流动状态分类。2.2.1 2.2.1 瓦斯的性质瓦斯的性质及生成及生成2.2.2 2.2.2 煤层瓦斯赋煤层瓦斯赋存存2.2.3 2.2.3 煤层瓦斯运煤层瓦斯运移的基本规律移的基本规律 2.3 瓦斯压力测定技术发展概况瓦斯压力测定技术发展概况黄泥封孔；普通水泥浆封孔；胶囊-粘液封孔；胶圈-粘液封孔；聚氨酯泡沫封孔。煤层原始瓦斯含量法；煤层瓦斯涌出量法；残余瓦斯含量法；测压地点深度估算法。压力测压力测定方法定方法2 2.3 3.1.1 瓦瓦斯压力直斯压力直接测定法接测定法2 2.3 3.2.2瓦斯瓦斯压力间接压力间接测定法测定法2.3.12.3.1瓦斯压力直接测定法1、黄泥封孔、黄泥封孔1980年以前，国内外常用固体材料进行封孔。黄泥封孔是常见年以前，国内外常用固体材料进行封孔。黄泥封孔是常见的固体材料封孔方法（尤其在石门测压时）的一种。对于孔深的固体材料封孔方法（尤其在石门测压时）的一种。对于孔深510m，孔径，孔径5075mm，倾角不大的钻孔均可采用该方法进，倾角不大的钻孔均可采用该方法进行封孔。该方法以质地致密、富于可塑性的半干的黄泥或水泥行封孔。该方法以质地致密、富于可塑性的半干的黄泥或水泥团为封孔材料。团为封孔材料。1-压力表；2-三通；3-木楔；4-测压管；5-挡板；6-煤层图4-1 黄泥封孔测压简图2.3.12.3.1瓦斯压力直接测定法2、普通水泥浆封孔、普通水泥浆封孔水泥浆液封孔是早期固体材料封孔方法的一种。由于其特殊的水泥浆液封孔是早期固体材料封孔方法的一种。由于其特殊的物性特征和成本较低等优点，致使该方法一直延用至今。水泥物性特征和成本较低等优点，致使该方法一直延用至今。水泥浆液封孔是用水泥浆液代替黄泥和水泥团作为封孔材料密封钻浆液封孔是用水泥浆液代替黄泥和水泥团作为封孔材料密封钻孔，待其凝固后，使用测压管检测煤层的瓦斯压力。这种封孔孔，待其凝固后，使用测压管检测煤层的瓦斯压力。这种封孔方法适用于深度超过方法适用于深度超过15m，倾角，倾角45度以上的钻孔。度以上的钻孔。2.3.12.3.1瓦斯压力直接测定法3、胶囊、胶囊-粘液封孔粘液封孔该封孔方法是用两个高压注水胶囊作为封孔段的封闭端，再向该封孔方法是用两个高压注水胶囊作为封孔段的封闭端，再向胶囊间的密封段内注入密封液的封孔方法。密封液中较大粒径胶囊间的密封段内注入密封液的封孔方法。密封液中较大粒径的骨料在胶囊充水后的压力下堵在较大裂隙中，阻止密封液在的骨料在胶囊充水后的压力下堵在较大裂隙中，阻止密封液在较大裂隙中的流失；较小粒径的骨料一次充填在较大骨料之间较大裂隙中的流失；较小粒径的骨料一次充填在较大骨料之间形成了一个骨料塞，密封液中的粘液在高压作用下渗过骨料进形成了一个骨料塞，密封液中的粘液在高压作用下渗过骨料进入孔壁微裂隙中。入孔壁微裂隙中。2.3.12.3.1瓦斯压力直接测定法4、胶圈、胶圈-粘液封孔粘液封孔1980年中国矿业大学的周世宁教授等研制成功胶圈粘液封孔器。年中国矿业大学的周世宁教授等研制成功胶圈粘液封孔器。其结构图其结构图见下图见下图，用胶圈，用胶圈-粘液封孔器封孔的方法被称为胶圈粘液封孔器封孔的方法被称为胶圈-粘粘液封孔法。它的主要封孔原理是：以可膨胀伸缩的胶圈作为封液封孔法。它的主要封孔原理是：以可膨胀伸缩的胶圈作为封孔设备，用它封闭高压粘液，再由高压粘液封高压瓦斯，由压孔设备，用它封闭高压粘液，再由高压粘液封高压瓦斯，由压力表测定瓦斯压力。胶圈之间充入的高压粘液，还可以封堵周力表测定瓦斯压力。胶圈之间充入的高压粘液，还可以封堵周边岩石的裂隙。边岩石的裂隙。2.3.12.3.1瓦斯压力直接测定法5、聚氨酯泡沫封孔、聚氨酯泡沫封孔聚氨酯泡沫封孔是近些年来出现的一种新型封孔方法。它的封聚氨酯泡沫封孔是近些年来出现的一种新型封孔方法。它的封孔原理是利用聚氨酯的快速膨胀凝固特性实现钻孔的快速密封。孔原理是利用聚氨酯的快速膨胀凝固特性实现钻孔的快速密封。2.3.12.3.1瓦斯压力直接测定法各种封孔方法的使各种封孔方法的使用条件及优缺点用条件及优缺点2.3.2间接测定瓦斯压力法1、煤层原始含量：、煤层原始含量：法测定方法及原理法测定方法及原理 现场钻屑瓦斯解吸现场钻屑瓦斯解吸测量测量 瓦斯解吸时间的确瓦斯解吸时间的确定定 瓦斯损失量的计算瓦斯损失量的计算 根据钻屑解吸速率根据钻屑解吸速率r0 推算瓦斯推算瓦斯 损失量损失量 瓦斯量换算瓦斯量换算2.3.2间接测定瓦斯压力法煤层瓦斯含量计算煤层瓦斯含量计算煤层瓦斯含量计算煤层瓦斯含量计算 瓦瓦瓦瓦斯斯斯斯压压压压力力力力反反反反算算算算 2.3.2间接测定瓦斯压力法统计计算采区总瓦斯量统计计算采区总瓦斯量统计计算采区总瓦斯量统计计算采区总瓦斯量 ：QQ采区总瓦斯涌出量，采区总瓦斯涌出量，mm3 3；QQ掘、掘、QQ回采、回采、QQ采空采空分别为掘分别为掘进、回采和采空区的总瓦斯涌进、回采和采空区的总瓦斯涌出量，出量，mm3 3；QQ残残残存在运出采落煤炭中的瓦残存在运出采落煤炭中的瓦斯含量，斯含量，mm3 3；XX采区内平均每采区内平均每mm3 3煤炭所含的瓦煤炭所含的瓦斯量，斯量，mm3 3/m/m3 3；采区内的煤总体积，采区内的煤总体积，mm3 3。查右图查右图煤层瓦斯涌出量法这种方法一般只适用于无邻近这种方法一般只适用于无邻近煤层的单一煤层，其优点在于根煤层的单一煤层，其优点在于根据通风报表即可得出煤层瓦斯压据通风报表即可得出煤层瓦斯压力值，不需专门进行测压工作；力值，不需专门进行测压工作；但其缺点是极其粗略。但其缺点是极其粗略。2.3.2间接测定瓦斯压力法绘图绘图参与瓦斯含量这种测定方法的优点是井下操这种测定方法的优点是井下操作较少，且可适用于煤层测压；作较少，且可适用于煤层测压；但它的缺点是实验室内工作量大但它的缺点是实验室内工作量大，同时煤结构有变化，且同时煤结构有变化，且t0时间准时间准确性需商榷等。确性需商榷等。在在岩芯管开始采样前，取样开岩芯管开始采样前，取样开始立即计时，取出煤样后迅速放始立即计时，取出煤样后迅速放入密封罐中，记录从取样倒放入入密封罐中，记录从取样倒放入罐中的时间罐中的时间t0；然后再到实验室；然后再到实验室中测出没有的剩余瓦斯含量。测中测出没有的剩余瓦斯含量。测完后再充以瓦斯达到某一瓦斯压完后再充以瓦斯达到某一瓦斯压力后，突然释放瓦斯，放散瓦斯力后，突然释放瓦斯，放散瓦斯的时间与的时间与t0相同，然后又测其剩相同，然后又测其剩余瓦斯含量。如此变换瓦斯压力余瓦斯含量。如此变换瓦斯压力重复这一操作几次，绘制出真实重复这一操作几次，绘制出真实瓦斯压力和放散瓦斯时间瓦斯压力和放散瓦斯时间t0后的后的剩余瓦斯含量关系曲线剩余瓦斯含量关系曲线，求出真，求出真实的瓦斯压力。实的瓦斯压力。2.3.22.3.2间接测定瓦斯压力方法测压地点深度估算法测压地点深度估算法根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，估计根据已开采深度范围内瓦斯压力与开采深度之间的关系，估计未知开采深度的瓦斯压力值，其关系式为：未知开采深度的瓦斯压力值，其关系式为：式中式中 P距基表距基表H深处的瓦斯压力，深处的瓦斯压力，MPa；k常数，由统计分析或经验得到，应由具体矿井确定；常数，由统计分析或经验得到，应由具体矿井确定；H距地表的深度，距地表的深度，m。这一估计方法和我国某些瓦斯矿井的情况相符；但是，由于这一估计方法和我国某些瓦斯矿井的情况相符；但是，由于瓦斯压力和地质条件密切联系，因此该方法也仅可作为参考。瓦斯压力和地质条件密切联系，因此该方法也仅可作为参考。2.4 瓦斯压力测定国家标准瓦斯压力测定国家标准煤层瓦斯自然渗透，测压室煤层瓦斯自然渗透，测压室内平衡的瓦斯压力。内平衡的瓦斯压力。按测压方式；按测压方式；按封孔材料。按封孔材料。测定地点的选择；测定地点的选择；测定方法的选择；测定方法的选择；钻孔施工；钻孔施工；封孔施工；封孔施工；瓦斯压力观测与确定。瓦斯压力观测与确定。测压规范测压规范2 2.4 4.1.1 测测定原理定原理2.4.22.4.2测压测压方法分类方法分类2 2.4 4.3.3瓦斯瓦斯压力测定压力测定工艺工艺2.4.1测定原理 通过钻孔揭露煤层，安设测定仪通过钻孔揭露煤层，安设测定仪表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自表并密封钻孔，利用煤层中瓦斯的自然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平然渗透原理测定在钻孔揭露处达到平衡的瓦斯压力。衡的瓦斯压力。按测压方式按封孔材料2.4.2 测压方法分类1.主动测压法主动测压法 钻孔封完孔后，通过钻孔向钻孔封完孔后，通过钻孔向被测煤层充入补偿气体达到瓦被测煤层充入补偿气体达到瓦斯压力平衡而测定煤层瓦斯压斯压力平衡而测定煤层瓦斯压力的测压方法。补偿气体可选力的测压方法。补偿气体可选用高压氮气或其他惰性气体。用高压氮气或其他惰性气体。补偿气体的充气压力应略高于补偿气体的充气压力应略高于预计煤层瓦斯压力。预计煤层瓦斯压力。2.被动测压法被动测压法 钻孔封完孔后，通过被测煤钻孔封完孔后，通过被测煤层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯层瓦斯的自然渗透，达到瓦斯压力平衡而测定其瓦斯压力的压力平衡而测定其瓦斯压力的测压方法测压方法。1.黄泥、水泥封孔测压法黄泥、水泥封孔测压法 封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥封孔材料为黄泥，水泥或黄泥水泥混合物，封孔方式为手工操作，主要混合物，封孔方式为手工操作，主要适用于石门揭煤的瓦斯压力测定。适用于石门揭煤的瓦斯压力测定。2.胶囊一密封粘液封孔测压法胶囊一密封粘液封孔测压法 封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔封孔材料为胶囊、密封粘液，封孔方式为手工操作。适用于松软岩层或方式为手工操作。适用于松软岩层或煤巷瓦斯压力测定。煤巷瓦斯压力测定。3.注浆封孔测压法注浆封孔测压法 封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘封孔材料为膨胀不收缩水泥浆加粘液，封孔方式为压气注浆器或泥浆泵液，封孔方式为压气注浆器或泥浆泵注浆封孔。适用于井下各种条件下的注浆封孔。适用于井下各种条件下的瓦斯压力测定，特别适用于近距离煤瓦斯压力测定，特别适用于近距离煤层群分煤层的瓦斯压力测定。层群分煤层的瓦斯压力测定。l测定地点的选择测定地点的选择测定地点的选择测定地点的选择l测定方法的选择测定方法的选择测定方法的选择测定方法的选择l钻孔施工钻孔施工钻孔施工钻孔施工 测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法；测压处岩石坚硬、少裂隙，可采用黄泥、水泥封孔测压法；在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度在松软岩层及煤巷中测定煤层的瓦斯压力时，钻孔长度15m时应采用胶囊一密封粘液封孔测压法；钻孔长度时应采用胶囊一密封粘液封孔测压法；钻孔长度15m时应采时应采用注浆封孔测压法。竖井揭煤可采用注浆封孔测压法；测定邻用注浆封孔测压法。竖井揭煤可采用注浆封孔测压法；测定邻近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法；近煤层的瓦斯压力或煤层群分层测压应采用注浆封孔测压法；测压时间充足时，宜采用被动测压法；测压时间较短时，应采测压时间充足时，宜采用被动测压法；测压时间较短时，应采用主动测压法。用主动测压法。钻孔的开孔位置应选在岩石钻孔的开孔位置应选在岩石(煤壁煤壁)完整的位置。钻孔施工应完整的位置。钻孔施工应保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔宜穿煤层全厚。钻保证钻孔平直、孔形完整，穿层测压钻孔宜穿煤层全厚。钻孔施工好后，应立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。在钻孔施工孔施工好后，应立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。在钻孔施工中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及中应准确记录钻孔方位、倾角、长度、钻孔开始见煤长度及钻孔在煤层中长度煤层厚度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻钻孔在煤层中长度煤层厚度，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间。毕时间。要求要求要求要求同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围同一地点应打两个测压钻孔，钻孔口距离应在其相互影响范围外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于外，其见煤点的距离除石门测压外应不小于20m；除在煤巷中；除在煤巷中测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；钻测定本煤层瓦斯压力外，测定地点应选择在石门或岩巷中；钻孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；测孔应避开地质构造裂隙带、巷道的卸压圈和采动影响范围；测定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、定煤层原始瓦斯压力的见煤点应避开地质构造裂隙带、巷道、采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保证有足采动及抽放等的影响范围；选择瓦斯压力测定地点应保证有足够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少够的封孔深度；瓦斯压力测定地点宜选择在进风系统，行人少且便于安设保护栅栏的地方。且便于安设保护栅栏的地方。要求要求2.4.3瓦斯压力测定工艺2.4.3瓦斯压力测定工艺l封孔施工封孔施工封孔施工封孔施工l瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定瓦斯压力观测与确定p主动测压法应每天观测一次，被动测压法主动测压法应每天观测一次，被动测压法应至少应至少3天观测一次。在观测中发现瓦斯压力天观测一次。在观测中发现瓦斯压力值变化较大，则应增加观测次数。值变化较大，则应增加观测次数。p采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小采用主动测压法时，当煤层的瓦斯压力小于于4MPa时需时需510d；当煤层的瓦斯压力大于；当煤层的瓦斯压力大于4MPa时，则需时，则需2040d；被动测压法时，则；被动测压法时，则视煤层的瓦斯压力及透气性大小的不同，