煤层瓦斯含量直接拟合测定方法研究

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煤层瓦斯含量决定矿井瓦斯涌出量的大小和矿井瓦斯等级,是煤与瓦斯突出危险性预测和评价的重要指标。目前,国内外采用的煤层瓦斯含量测定方法包括间接法和直接法:间接法需测定煤层原始瓦斯压力、孔隙率等参数,耗时较长且受地质条件的影响较大;直接法具有简单、省时、直观、适用性强、受地质条件影响小等优点,其缺点是需对采集煤样过程中逸散的瓦斯含量进行推算,易产生较大误差,影响煤层瓦斯含量测定结果的准确性。  针对现有煤层瓦斯含量测定方法中存在的问题,对煤层瓦斯含量直接拟合测定方法进行了研究:首先以扩散过程的基本理论为依据,结合煤屑瓦斯扩散实际情况进行了煤屑瓦斯扩散模型的研究,推导出了煤屑瓦斯吸附规律的一般表达式;然后选取了国内典型的9种变质程度不同的煤样为研究对象,在恒温30℃、不同吸附平衡压力条件下,运用瓦斯吸附/解吸装置测定了煤屑的前30分钟瓦斯解吸量,综合分析了煤屑瓦斯解吸规律;最后,提出了煤层瓦斯含量直接拟合测定方法,分析了取样时间对煤层瓦斯含量测定的影响,确定了不同变质程度的煤样在不同瓦斯吸附平衡压力下的合理取样时间,为提高煤层瓦斯含量测定结果的准确性奠定了基础。  结果表明:煤屑瓦斯解吸量与解吸时间具有较好的拟合关系(相关性系数均在0.9以上),煤屑瓦斯解吸规律的一般表达式是合理的,能够较准确的反应出煤屑瓦斯解吸过程;在煤屑瓦斯完成解吸过程之前:煤屑瓦斯解吸量随时间的延续呈增大趋势,煤屑瓦斯解吸量的增长率则相反,在相同的解吸时间内,相同变质程度的煤屑瓦斯解吸量随瓦斯平衡压力的增加而增大;在解吸时间相同、吸附平衡压力较接近的情况下,煤屑瓦斯解吸量随煤的变质程度的升高而增大;利用直接拟合法计算出的瓦斯含量与间接法测定的瓦斯含量相对误差值小于10%,符合现场实际要求,该方法具有可行性;将利用直接拟合法测定的瓦斯含量与间接法测定的瓦斯含量的相对误差控制在±10%之内时,煤样合理取样时间与瓦斯吸附平衡压力呈线性关系;相同变质程度煤样的合理取样时间随瓦斯平衡压力的增大呈减小趋势;在吸附平衡压力较接近的情况下,煤样的合理取样时间随煤的变质程度的升高呈减小趋势。
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