杜洪濤 徐海東 (新疆煤炭設(shè)計研究院有限責任公司)
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，對于正確設(shè)計礦井通風，進行瓦斯抽放，以及生產(chǎn)礦井的正常通風瓦斯管理都有很大的意義。通過鉆孔分析和測定煤層瓦斯壓力、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)等幾項指標來判定煤層瓦斯抽放的難易程度。因此煤層的各項瓦斯參數(shù)指標是指導礦井生產(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。采用間接法測定，即在現(xiàn)場測定煤層瓦斯壓力基礎(chǔ)上，取煤樣在實驗室作吸附實驗，應(yīng)用朗格繆爾公式進行計算含量。
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 煤層瓦斯壓力測定 測定煤層瓦斯壓力的方法有多種，有用專用的機械裝置和液體測壓、水泥砂漿封孔測壓及粘土測壓法。①在測壓鉆孔內(nèi)插入帶有壓力表接頭的紫銅管，管徑為6～8mm，長度不小于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；③每堵1m粘土柱打入1個木塞，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，安上壓力表測壓，穩(wěn)定后的壓力即為煤層瓦斯壓力。
理論與實踐表明，計算煤層瓦斯含量時應(yīng)當考慮水份、灰份、溫度和瓦斯壓縮系數(shù)的影響，對于一般礦井，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；但對于深部開采的高溫、高瓦斯壓力的礦井，應(yīng)當考慮溫度等影響。
1.2 煤層瓦斯壓力梯度 煤層瓦斯運移的總趨勢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)的測定 測定采用目前通行的方法，即利用測壓鉆孔測定煤層瓦斯壓力，壓力值穩(wěn)定后卸下壓力表，再利用煤氣表測定鉆孔瓦斯流量和其隨時間的變化關(guān)系。目前采用煤氣表人工讀數(shù)方法能滿足測試精度要求。
在測壓結(jié)束后卸下壓力表，安上煤氣表測定鉆孔的自然瓦斯流量，并觀測其隨時間的變化值，直到穩(wěn)定在某一數(shù)值為止；根據(jù)測定結(jié)果，計算鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。
鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)可以作為評估開采煤層瓦斯預抽難易程度的一個指標。鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)的具體測定方法是：先測定初始流量q0，經(jīng)時間t后（流量達到穩(wěn)定），再測其瓦斯流量qt，然后用下式回歸計算衰減系數(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時間后的鉆孔瓦斯流量，m3/min；t——時間，d。
1.4 煤層透氣性系數(shù)的測定 國內(nèi)外測定煤層透氣性系數(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曲線法和中國礦院方法，它們均是以徑向不穩(wěn)定流動理論為計算基礎(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 煤層可抽性評價
瓦斯抽放指標是用來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)國家安全生產(chǎn)行業(yè)標準AQ1027－2006《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（以下簡稱《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 實例分析
新疆天池能源有限責任公司丁家灣煤礦設(shè)計生產(chǎn)能力90萬t/a。井田東西長約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布置A4、A1-2煤層的開采巷道進行了鉆孔取樣測試
根據(jù)計算A3、A4煤層屬于可以抽放煤層，建議在采掘活動中，嚴格執(zhí)行先抽后采（掘）的原則，待按有關(guān)抽采標準和規(guī)范要求并經(jīng)評價抽采防突有效后，方可進行采掘作業(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)活動性不大，測量上也存在困難，一般不予測定。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)行計算，吸附瓦斯根據(jù)煤的吸附常數(shù)進行計算。通過鉆孔分析和測定煤層瓦斯壓力、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)等指標是指導礦井開展瓦斯抽放設(shè)計及施工的科學依據(jù)。
參考文獻：
[1]蘇現(xiàn)波，陳江峰，等.煤層氣地質(zhì)學與勘探開發(fā)[M].北京：科學出版社.2001.
[2]許江，等.煤與瓦斯突出潛在危險區(qū)預測的研究[M].重慶：重慶大學出版社.2004.
[3]王強.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[M].北京：中國煤炭出版社.2007
