钻孔煤层瓦斯含量测定方法的对比研究

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1、·72·安全高效煤矿地质保障技术及应用地面钻孔煤层瓦斯含量测定方法的对比研究木张慧，庞湘伟，杨杰，赵继展，黑磊，解艳玲(煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安710054)摘要：煤层瓦斯含量测定是煤炭和煤层气勘探开采长期的需求，其测定方法虽有不少，但准确、快速测定问题至今尚未很好解决。本文从基础理论、仪器设备、测试过程、结果评价等方面，对目前我国现行的地面钻孔瓦斯含量测定方法进行了比较和分析，研究了其优点和缺点。从服务于资源勘探和煤矿安全的实际出发，提出了一些新的思路和设想，这对已有方法的发展及新方法的探索将产生有益的指导意义。关键词：钻孔

2、煤心；瓦斯含量；测定；方法研究众所周知，煤层瓦斯即煤层气。煤层气是重要的高效洁净能源，现已列为国家“十一五”重点勘探开发对象，煤层瓦斯是威胁煤矿安全生产的主要危险源。煤层瓦斯含量是指单位质量或体积中含有的瓦斯总量，是煤层气资源评价与开发、煤矿井下瓦斯涌出量预测和综合防治依据的基本参数。为了获取可靠的瓦斯含量值，自20世纪30年代人们就开始了测定方法的探索，尤其近二三十年来，国内外推出了诸多测定与估算瓦斯含量的数学推导、物理模型、经验公式等，这些方法大体可分为直接的、间接的，按应用范围还可分为井下的、地面的。利用地面钻孔煤心是获取瓦斯含量的

3、一个重要途径。本文重点讨论地面钻孔煤层瓦斯含量的测定方法。地面钻孔煤层瓦斯含量测定方法随煤田地质和煤层气地质基础理论、勘探方法和设备的发展而发展，不同领域依据各自需求所采用的测定方法有同有异，各有优劣。就目前为止，煤层瓦斯含量的准确、快速测定问题尚未完全解决，新方法的探索依然非常必要和急需。l方法简介及其应用沿革已有地面瓦斯含量测定方法有直接的、也有间接的。有些方法推出之后在较大范围得到应用，也不断改进；有些方法则应用范围和时间有限。现就在我国煤田地质勘探和煤层气勘探领域应用较为广泛和有一定影响的方法(表1)及其沿革做一简介。1．1直接法

4、直接法即直接测定煤中瓦斯含量的方法。在地面主要是利用钻孔煤心获取，有集气法、地勘法、自然解吸法、压力取心解吸法等。集气法是我国煤田地质勘探初期，由前苏联引进的。采用集气式岩心采取器，从钻孔中采取新鲜煤样，然后在实验室脱气仪上抽出全部气体，确定单位质量中所含的瓦斯量。1958年煤科总院抚顺院成功研制了“抚研-58型集气式煤心采取器”，并在我国煤田地质勘探工作中推广应用。此方法对瓦斯含量测定准确度有所提高，但操作过程复杂，又常因钻孔煤心采取率达不到设计要求而影响测定的成功率⋯。故被后来的地勘法逐步取代，现已基本不用。·本文由国家重点基础研究发

5、展计划。973”项目(2003CB214602)和国家“十一五”科技支撑计划项目专题。地面钻孔煤层瓦斯含量快速测定技术与装备研究”资助。二、煤田地质与煤层气地质·73·表1煤层瓦斯含量测定方法及其应用情况测定方法开始应用时间目前应用情况集气法20世纪50年代基本不用地勘法20世纪舳年代在应用直接法自然解吸法20世纪70年代在应用压力取心解吸法20世纪80年代未广泛应用问接法等温吸附线计算法20世纪70年代在应用地勘法由煤科总院抚顺分院推出。该院于良臣等同志【21在美国矿业局(USBM)提出的直接法的基础上做了一些改进。USBM的直接法最早

6、由法国Bertard等人(1970)在井下水平钻孔中进行了试验，很快在美国、西欧各国得到普遍应用。随后美国Kissel等(1973)，McCulloch等(1975)，Diamond等(1981)做了改进【3一J。试验证明此方法的测定结果是可靠的，缺点是试验周期长，通常需要几周或几个月。地勘法缩短了试验时间，改进了简化计算方法，并于1984年编制成煤炭行业标准(MT77—84)，1994年山东煤田地质局修编了此标准，重新颁布的标准编号为MT／T77—94。地勘法用普通钻孔煤心管取样，不影响地勘钻孔的正常钻进，煤心采取率高，仪器设备操作比较

7、方便。20多年来在我国煤田地质勘探领域广泛应用直至现今，习惯上称之为“地勘法”。由此获得的测定结果是我国很多煤矿设计、矿井瓦斯防治、煤层气资源评价的依据。地勘法为煤炭资源的勘探开发做出了一定的贡献。自然解吸法由煤科总院西安分院推出。20世纪90年代，随着我国煤层气勘探工作的开展，美国USBM直接法再度被采用。此时该方法在美国已被确定为测定煤层气含量的工业标准，1995年美国天然气公司编制了煤层含气量测定指南№j。在大量试验工作之后，于1998年，李小彦研究员等同志编制了企业标准：煤层气含量测试方法规范(MKXB003—1998)。此规范于

8、2004年上升为国家标准：煤层气含量测定方法(GB／T19559--2004)。此方法的特点之一是煤中瓦斯的逸出全部为自然解吸，故在实际应用中，被称之为“自然解吸法”。自然解吸法的测定结果是我