探析煤层瓦斯含量测试方法进程

2013-04-11刘龙斌

河南科技 2013年12期

刘龙斌

(山西省地质矿产研究院，山西太原 030001)

从20 世纪30年代开始，人们就开始探寻测量瓦斯含量的方法，特别是在最近的二三十年中，有很多国家都提出了测定和估计煤层瓦斯含量的计算公式、物理模型、数学推导，这些方法能够较精准的测定煤层瓦斯含量。现在介绍了我国探索测定煤层瓦斯含量的几个阶段进程，可以概括为三个阶段:真空罐法、集气法和解析法等。

一测定煤层瓦斯含量的方法的研究方向

解析法是目前使用最广泛的的测定方法，其效果也比较理想。但是科学家还是应该加大研究新方法，以便能够更快速、更准确、更简便地测定煤层瓦斯含量。新方法应该符合以下原则:

(1)最基本的保证就是测定瓦斯含量的准确性，再要保证时间的最少性。

(2)测量仪器要有足够好的密封器，以保证结果的准确性，但是测量仪器还应该简化，减少操作的步骤和方便运输。

(3)能够准确的获取瓦斯在转移过程中的损失量。新的测定方法要求可以吸收煤的缝隙、空隙中的瓦斯，继续探索煤层瓦斯在转移中的特点，特别是游离态的瓦斯的储存条件和状态。

(4)发生严重变形的煤层是瓦斯含量高的煤层，对矿井有很大的威胁，也增加了开采的难度。这就需要着重研究煤层孔缝的特点、块煤率等。

(5)除了要测量瓦斯的成分和含量外，还应该研究其它的各项参数作为判断指标，比如解析速率、吸附时间等。

(6)测定结果的准确度还和煤层含有的气量、自身结构、采样仪器、操作方法、测定仪器等都有关联，新的测定方法应综合考虑到结果的准确性和测量方法、设备的适用性。

二煤层瓦斯的测量方法发展进程

1.真空罐法

在20 世纪30年代时，人们就已经开始了对测定煤层瓦斯含量的方法的探索。其中，密封容器法是最初采用的方法，即指从地勘钻孔或井下采取新鲜的煤矿试样，将其放到密封的容器中，再把此容器送入到实验室中对其采用真空加热脱气。到了20 世纪50年代中期时，人们在采集煤试样就开始普遍使用真空罐了。在实际的采集煤试样过程中，难免会损失瓦斯含量，造成测量误差，因此就需要对测定的结果做适当的校正。因为受到煤矿的种类和瓦斯的损失时间等因素的限制，在实际的采集煤矿试样过程中，瓦斯的损失量有时会出现很大的偏差，所以密封容器法在校正测试结果时有很大的难度，在不久之后就被新研究的集气法所代替。

2.集气法

在20 世纪50年代中期，人们探索了一种比较适宜于在地质勘探钻孔中采样的专门仪器，比如:冷冻式岩芯采取器、密闭式岩芯采取器、集气式岩芯采取器等。密封式岩芯采取器是当钻孔将煤芯钻取出来后，使用煤芯管的上下两端的活门以及其它的结构，把钻取的煤芯封存在煤芯管内，当钻具将煤芯管提升到孔口之后，仍然要密封煤芯管，然后把它转移到实验室中进行真空脱气操作。由于它的结构十分复杂，所以在实际生产中应用不广泛。集气式岩芯采取器不同于普通煤芯管的地方是煤芯采取器的上端附带有阀门的集气室，专门用于采集煤芯在被提升时中解吸出来的瓦斯气体。待钻具到达地面后，就将钻具上集气室的取样器卸下，仍然要在密封状态下移送到实验室，脱气方式和密封式岩芯采取器以致。集气式岩芯采取器有着比较简单的结构，使用和维护起来也相对容易，在20 世纪60年代时，应用较广。

3.解析法

解析法最早是在1970年由法国人提出来的，后来经过美国科学家的补充和完善，也把它称作直接法。解析法的具体实施方法是:钻去煤芯时依靠使用普通型的煤芯管，当煤芯恰好被提取到孔口之后，迅速利用密封罐来装含有瓦斯的煤层试样，再使用解析仪来准确测定煤层试样中瓦斯的解析量，并找出解析量和解析时间二者之间的变化关系，然后结合煤层试样的暴露时间来准确计算出在采样时瓦斯的损失量，再把已经测定完解析量和解析时间的变化关系之后的密封罐移送到实验室中，再次测定煤芯之中剩余的瓦斯量。此种方法在测定煤层中含有的瓦斯总量时总共需要经历三个阶段，包括:逸散气量、解析气量以及剩余气量，在测定瓦斯的解析气量时，要把温度控制在和煤层在地下储藏时的温度一致。这个方法既经济也简便，经过多次试验可以证明它测定的瓦斯含量的精度基本可以符合地勘的要求，在美国应用的十分广泛。

我国在1978年—1982年也开始研究运用解析法来准确测定煤层含有的瓦斯量，在美国研究的直接法的基础之上做了进一步的改进和完善。我国自行研究的解析法相比于原来大大缩短了测定所需的时间，以前测定一次需要耗费数周，而现在只需要2个小时，也精简了恒温装置，把原来的储层温度下的接下改进成当时的地表温度下的解析，同时对实验室中的一些测定方法也有了相对应的完善，而且对测定仪器也有一定程度的完善，使得整个测定过程更加科学化、合理化、标准化。这种既能方便于地勘工作，还能符合测定煤层瓦斯含量的要求。直到如今，我国依然在采用解析法测定煤层瓦斯含量。