瓦斯解吸量在突出预测中的可靠性研究

范 磊，刘 操，庞泽明

(1.山西东辉集团赵家山煤业有限公司，山西 清徐 030400;2.河南理工大学安全学院，河南 焦作 454000;3.河南理工大学能源学院，河南 焦作 454000)

·试验研究·

瓦斯解吸量在突出预测中的可靠性研究

范 磊1，刘 操2，庞泽明3

(1.山西东辉集团赵家山煤业有限公司，山西 清徐 030400;2.河南理工大学安全学院，河南 焦作 454000;3.河南理工大学能源学院，河南 焦作 454000)

采用现场测定和实验室实验的方法，研究得出了瓦斯解吸量作为突出预测指标是敏感可靠的。突出煤体的瓦斯解吸量大，瓦斯解吸速率快，瓦斯解吸量和瓦斯压力之间有着密切的关系，本文提出通过研究解吸时间、瓦斯压力、瓦斯解吸量等之间的关系，来确定瓦斯解吸量的临界值的方法。

瓦斯解吸量;解吸速率;瓦斯解吸规律;瓦斯压力

前几年，河南省平煤集团平禹煤电公司四矿发生了数次煤与瓦斯突出事故，事故均发生在12190机巷，造成了巨大的经济损失和人员伤亡。事故发生前后对平禹四矿的瓦斯解吸量进行了大量现场测试和试验室研究，通过数据对比、综合分析等手段得出了一些初步结论和规律。

1 现场数据测定和分析

1.1 瓦斯解吸量定义

瓦斯解吸量即一定重量的煤钻屑自然条件下自煤体脱落暴露于大气之中一定时间后的瓦斯解吸总量。利用排水集气法原理，采用瓦斯解吸仪和能容纳300 g左右煤钻屑的煤样罐测量，单位为mL。瓦斯解吸量测定方法同《地勘时期瓦斯含量测定方法》(AQ 1046－2007)第4节“瓦斯解吸速度的测定”。

1.2 现场测定

2008年6月至2008年7月下旬，通过施工本煤层钻孔或者穿层钻孔对平禹四矿12190机巷、12190风巷、一下采区专回、11030采面、11030风巷等处进行了多次瓦斯解吸量测定，测定时间、取样深度、解吸规律、测定结果等见表1。前5 min的瓦斯解吸速度规律见图1。

表1 平禹四矿瓦斯解吸量原始数据

图1 平禹四矿瓦斯解吸速度变化规律

1.3 数据分析

对比表1和图1可以看出:

1)瓦斯解吸量大。

由表1可以看出，发生突出的12190机巷测定的瓦斯解吸总量为720～1 064 mL。在12190机巷所测定的5次瓦斯含量中，每次测定的瓦斯解吸量大大超过了其它地点的瓦斯解吸量。说明12190机巷在自然条件可解吸的瓦斯量相对较高，突出危险程度较高。

2)解吸速率快(瓦斯释放快)。

2.7 能量的调整和转换。根据物体能量的转换和传递规律，提出了土坝的裂缝破坏是由于坝体内部的变形和能量积累转换造成的。要根除这种隐患，就必须使坝体内部分土体所积累的应变能充分释放。劈裂灌浆就是通过灌浆压力和土体湿陷变形，使原有的土体裂缝充分开裂，使己出现的弱应力区和强应力区之间的应力应变能相互传递转换，打破原坝体内部应力的不平衡，恢复正常的应力状态，使坝体内部的应力应变相对稳定。

由图1可以看出，12190机巷所测定的瓦斯解吸规律的斜率界于45.6～77.2，即平均每分钟都要解吸45～80 mL。突出危险大的地点瓦斯解吸速率都很大，即在煤体暴露后瓦斯释放速度非常快，在极短的时间内为发生突出提供了充足的瓦斯，瓦斯膨胀提供能量导致煤体突出。

3)瓦斯解吸量与突出动力现象的对应关系。

12190 机巷935～957 m段含量钻孔施工过程中不但发生喷孔和煤炮等动力现象，还发生了突出事故，瓦斯解吸量很好地印证了该段的突出危险性。瓦斯解吸量指标预测到了动力现象的发生，具有很高敏感程度。

2 瓦斯解吸量的实验室研究

2.1 实验方法

瓦斯解吸量的实验室研究是根据解吸法测定煤层瓦斯含量的基本原理进行的试验探索，基本原理是:先在井下特定的地点取一定量的钻屑带回实验室，在实验室对带回的煤样进行筛分，再分别将不同粒度的煤样装入煤样罐，然后用真空泵分别对不同粒度的煤样进行脱气处理，脱气后对煤样罐充入高纯度瓦斯气体使其达到一定的压力，当煤样平衡约24 h后(煤样罐中的压力基本不再变化)，将煤样罐打开并进行倒罐，然后用解吸法直接测定煤样的瓦斯解吸量。其吸附解吸系统示意图见图2。

图2 瓦斯解吸量的实验测试系统示意图

2.2 实验步骤

1)制取煤样。制取1～3 mm煤样约500 g。将一定量的煤样装入煤样罐，在老虎台钳旋紧装有压力表的盖，并确保不漏气。

2)对煤样抽真空。将煤样罐固定，打开真空泵，并对煤样罐煤样进行抽真空，时间为2 h。

3)对煤样加压充入瓦斯。关闭真空泵，打开瓦斯气瓶阀门，然后缓慢调节调压器，使管路中的瓦斯气体压力达到所需要的压力值(0.4 MPa、0.8 MPa、1.2 MPa、1.6 MPa)。

4)煤样吸附瓦斯。关闭瓦斯气瓶阀门，卸下带压力表的煤样罐，吸附24 h。

5)煤样瓦斯解吸量测定。将煤样罐与瓦斯解吸仪连接，测定煤样的瓦斯解吸量。

2.3 瓦斯解吸量临界值初探

由平禹四矿12190机巷采集新鲜原煤，制取成1～3 mm煤样，装入煤样罐中，同时脱气2 h，充入高纯度瓦斯气体后使其平衡24 h，将煤样罐打开，暴露2 min后，连接瓦斯解吸仪测定瓦斯解吸规律和前3 min的瓦斯解吸量。不同瓦斯压力下瓦斯解吸规律测定结果见图3，不同瓦斯压力下前3 min的瓦斯解 吸量变化规律见图4。

由图3和图4可以看出:

1)瓦斯解吸量随瓦斯压力升高而线性增大，瓦斯解吸速度随解吸时间增加呈负指数减少。

2)假定暴露2 min后，测定前3 min的瓦斯解吸量作为一个固定指标来预测突出危险性，那么可以通过研究瓦斯解吸量和瓦斯压力的关系来推算其临界值。

3)取平禹四矿始突瓦斯压力为0.74 MPa，那么可以得出瓦斯解吸量的突出危险性预测临界值为131 mL。

3 结论和建议

通过平禹煤电公司四矿突出事故前后的瓦斯解吸量指标的测定和煤样的实验室研究得出以下结论:

1)瓦斯解吸量指标对于平禹四矿的煤体较其它突出预测指标敏感。瓦斯解吸速度快，瓦斯解吸量大，可短时间为煤体突出提供足够的瓦斯膨胀能，平禹四矿煤与瓦斯突出必定是以瓦斯为主导作用的突出。因此，建议将瓦斯解吸量作为突出危险性预测指标纳入到日常工作中，将抽放释放瓦斯作为防突的重点工作。

2)通过实验室实验看出，瓦斯解吸量与瓦斯压力和解吸时间关系密切，只要赋予一个固定时间即可通过研究瓦斯解吸量和瓦斯压力的关系来推算其临界值。平禹四矿可解吸瓦斯量的临界值为131 mL，建议采用工业性试验来验证其可靠性。

3)以检测瓦斯为手段的突出危险性预测指标有△h2、k1等。△h2、k1指标测定时选用煤样很少，瓦斯解吸量指标采用300 g左右的煤样测定，其误差较小，而且可以通过直观观察瓦斯气泡在水中冒处来减少人为误差。因此，建议国内各矿区加强瓦斯解吸量指标的研究来确保工程适用性。

Reliability Study on Gas Desorption Volume in Outburst Prediction

Fan Lei，Liu Cao，Pang Ze－ming

With the methods of scene testing and laboratory experiment，the research obtains that the gas desorption amount as the outburst prediction indicator is sensitive and reliable.The gas desorption quantity of outburst coal is large，gas desorption rate is fast，the gas desorption quantity and the gas pressure has a close relationship.In this paper puts forward that through studying the relationship between desorption time，gas pressure，gas desorption quantity and etc.，determines the critical value method of gas desorption quantity.

Gas desorption volume;Desorption rates;Rule of gas desorption;Gas pressure

TD713

A

1672－0652(2012)08－0039－03

2012－07－03

范磊(1979—)，男，2010年毕业于安徽理工大学，助理工程师，主要从事煤炭开采及安全管理方面的工作(E －mail)zhangbingqi666@163.com