[发明专利]负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法。

背景技术

我国煤与瓦斯突出灾害严重，虽然自2009年起执行了《防治煤与瓦斯突出规定》，对煤与瓦斯突出煤层的开采提出了严格要求，但煤与瓦斯突出灾害防治形势依然严峻，如2011年从10月4日至11月10日仅37天内，连续发生了3起重大以上的突出事故，造成67人死亡，即：贵州省黔南州安平煤矿“10.4”事故（死亡14人）、河南煤化焦煤九里山矿“10.27”事故（死亡18人）和云南省曲靖市私庄煤矿“11.10”事故（死亡35人）。

煤层瓦斯含量测试是煤矿瓦斯灾害防治中的一项基础工作，不但制约着矿井瓦斯危险程度预测的准确性，而且影响着后续瓦斯防治措施的可靠性。在我国煤与瓦斯突出灾害防治工作中，广泛采用预抽瓦斯的方式消除煤层的突出危险性，但是由于预抽钻孔长度可达百米以上，在防突效果检验中，测试煤层抽采后残余瓦斯含量时，往往需要从很远的煤体深部取煤样，受取样方法所限，取样时间过长，可达半小时至1小时，在取样过程中由于煤体吸附瓦斯大量解吸，严重影响了煤层残余瓦斯含量测值的准确性，以致形成误判，酿成事故。

国内外对煤层瓦斯含量的测试方法进行了深入研究，目前我国普遍采用的煤层瓦斯含量测定方法有地勘解吸法、间接法和井下自然解吸法。地勘解吸法最早是1973年美国矿业局提出的，我国于良臣等人进行改进后在地质勘探部门取得广泛应用；间接法利用煤层吸附瓦斯符合单分子层吸附理论朗格缪尔方程（Langmuir equation）的原理，通过测试煤层瓦斯压力，吸附常数a值、b值及煤的水分、灰分、温度等参数间接得到煤层瓦斯含量值。井下解吸法是在地勘解吸法的基础上形成的一种煤矿井下瓦斯含量的取样测试方法，在我国煤矿开采中广泛应用，主要采用麻花钻杆自然排粉取样或穿层钻孔采集煤芯。在煤样取样方法上，地勘部门也有采用绳索取芯和保压取芯的方法，但是由于取芯需要昂贵的取芯和钻孔装置，难以推广应用；王兆丰等人通过在钻杆中设置取样室通过反转钻机达到了定点取样的目的，但受制于取样室的容积，取样量收到了限制。纵观目前的煤层瓦斯含量测试方法，主要存在有如下不足：

⑴、取样时间长，造成取样过程中瓦斯损失量大。由于瓦斯损失量大，在现场解吸过程中，测得的瓦斯解吸量和解吸速度均偏小，而且导致根据现场解吸量推算的瓦斯损失量偏小，总体会造成瓦斯含量测值比实际值低得多，尤其是瓦斯放散速度快的煤层，造成煤层瓦斯含量测试值偏差更大。由于麻花钻杆取样需要钻粉沿钻孔自然排出，钻粉从孔底到孔口需要较长的时间；而采用取芯钻头取样，需要退钻杆后取出取芯钻头的煤样，两种方法在取样深度在50米以上时，往往需要半小时以上的取样时间。取出煤样中瓦斯逸散殆尽，测定的瓦斯解吸速度偏小，推算的瓦斯损失量偏小，而且由于已解吸了大量瓦斯，在实验室中测试的残存瓦斯量依旧偏小，造成瓦斯含量测值与实际值相比偏小很多，影响了瓦斯危险程度的客观评价和后续选取可靠的防治措施。

⑵、难以做到真正的定点取样，麻花钻杆取样钻粉混样严重，与定点取样要求差距很大，很难分清煤样的来源；而采用钻杆中设置取样室反转钻机取样，虽可以做到定点取样，但受制于取样室的容积，取样量受到限制；取芯钻头虽可以定点取样，且取样量较大，但由于退钻杆时间过长，影响了煤层瓦斯含量测试的准度，也不是理想的定点取样方法。

⑶、在对取出的煤样的瓦斯解吸量的测试方法繁琐，测试数据准确度较低。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种安全可靠、简单易行、测试数据精准的负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法，包括以下具体步骤：

⑴、采样：采用负压抽出式定点取样，称重后立即装入煤样罐中，在采样过程中，记录取样开始至装罐前，煤样在负压环境中暴露的时间t₀；

⑵、瓦斯解吸量现场测定：煤样装入煤样罐后，先将穿刺针头插入罐盖上的胶垫圈，再拧紧罐盖，并通过针头将煤样罐与解吸仪连接，采用传统方法测量煤样解吸瓦斯量随时间的变化，并记录最终现场解吸量V₂，现场解吸完成后取出针头，将煤样罐送至实验室进行分析；

⑶、负压环境下煤样的瓦斯解吸规律测定：通过测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律，再根据取样时间，对取样过程中的瓦斯损失量进行补偿；利用在瓦斯含量测试地点采取的煤样，在实验室中使用负压解吸装置测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律；