专题——煤层瓦斯含量测定

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1、专题讲座——煤层的甲烷吸附含量的测定陈裕佳煤层瓦斯含量指煤层内单位重量或单位体积的煤在自然条件下所含的瓦斯量(标准状况下的m3数)。它的单位是m3/t煤或m3/m3煤。准确计算煤层瓦斯含量对于提高瓦斯预测预报的准确性，矿井的瓦斯治理，及矿井设计生产和瓦斯资源评估都具有重要意义。煤的游离瓦斯含量(m3/t煤)式中V——煤的孔隙容积(大于微孔孔隙的容积)，m3/t煤；P——瓦斯压力，kPa；T0——标准状况下的绝对温度(273K)；T——瓦斯的绝对温度，T＝273+t，为瓦斯的摄氏温度；P0——标准状况下的压力，等于101.3kPa；ξ——瓦斯的压缩系数(表2-5)。煤的吸附瓦

2、斯含量煤是多孔介质，内表面积很大，每克煤有数十至200m2，其中微孔表面积占绝大多数，吸附瓦斯量主要取决于微孔隙表面积、瓦斯压力与温度。煤的吸附瓦斯服从兰格缪尔吸附方程。按兰格缪尔方程计算并考虑煤中水分、可燃物的百分比，温度的影响：式中p——瓦斯压力，kPa；a——在该温度下，极限吸附量，m3/t可燃物；b——取决于温度和煤的吸附性能常数，kPa-1。A,W——煤中的灰分与水分，%；e——自然指数，e＝2.718；t0，t——实测a,b常数时的温度和煤层温度，℃n——系数，煤的瓦斯含量煤层瓦斯含量等于吸附含量与游离含量之和：X＝Xy＋Xx实测表明，在目前开采深度(1000～

3、2000m以内)煤层的吸附瓦斯占88～95%，而游离瓦斯占5～12%。煤的吸附常数a、b的测定一、定义—吸附常数，表示在给定温度下，单位质量固体的表面饱和吸附气体时，吸附的气体体积，，一般为15~55；—吸附常数，，一般为0.5~5.0。煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)MT／T752—1997中华人民共和国煤炭工业部1997—12—30批准1998—06—01实施前言本标准以国内新型结构类型的实验装置为基础，规定了传统的容量法测定煤的郎格缪(Langmuir)吸附等温线和解吸等温线方法，规定了统一的实验条件，保证高压甲烷吸附量测定结果的可比性和准确性。本标准的附录A、附

4、录B、附录C和附录D都是标准的附录。本标准由煤炭工业部科技教育司提出。本标准由煤炭工业部煤矿安全标准化技术委员会归口。本标准由煤炭科学研究总院抚顺分院负责起草。本标准主要起草人：杨思敬、宁德义、刘云生。本标准委托煤炭工业部煤炭科学研究总院抚顺分院负责解释。1范围本标准规定了用高压容量法测定煤的甲烷吸附量的测定原理、测定装置、测定方法、测定步骤、精密度和结果表述等。本标准适用于测定煤及其他吸附剂。2引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB／T2

5、11—1996煤的全水分的测定方法GB／T212—1996煤的工业分析方法GB／T217—1996煤的真相对密度测定方法3测定原理煤中大量的微孔内表面具有表面能，当气体与内表面接触时，分子的作用力使甲烷或其他多种气体分子在表面上发生浓集，称为吸附。气体分子浓集的数量渐趋增多，为吸附过程；气体分子复返回自由状态的气相中，表面上气体分子数量渐趋减少，为脱附过程。表面上气体分子维持一定数量，吸附速率和脱附速率相等时，为吸附平衡。煤对甲烷的吸附为物理吸附。当吸附剂和吸附质特定时，吸附量与压力和温度呈函数关系，即……………………(1)当温度恒定时：……………………(2)式(2)称为吸

6、附等温线，在高压状态下符合郎格缪尔(Langmuir)方程：……………………(3)式(3)变换后得一直线方程：……………………(4)式中：T——温度，℃；P——压力，MPa；X——p压力下吸附量，cm3／g；a——吸附常数，当p→∞时，X＝a，即为饱和吸附量，cm3／g；b——为吸附常数，MPa-1。4测定装置4．1实验装置实验装置结构如下图所示。主要部件和规格如下a)吸附罐：容积50cm3，工作压力8MPa，耐压16MPa；b)高压截止阀：工作压力16MPa，耐压25MPa。密封处要求耐低压4MPa；c)固态压力传感器：测量范围为0～8MPa，精度为0．2％；d)饱和食盐

7、水量管：容积500cm3，分度5cm3，带水准瓶；e)充气罐：容积为吸附罐的1．4倍，耐压16MPa；f)水浴；g)真空系统：φ20mm～40mm玻璃管，带玻璃活塞及真空硅管；h)高纯甲烷气：压力15MPa，甲烷浓度不低于99％。1—玻璃活塞；2—饱和食盐水量管；3—真空管系；4—放气阀；5—真空抽气控制阀；6—旋片式真空泵；7—高压截止阀；8—真空轨管；9—吸附罐控制阀；10—固态压力传感器；11—吸附罐；12—电线；13—复合真空计；14—水浴；15—高压空气阀；17—充气罐控制阀；18—铜管或软胶管；19—超