关于煤层瓦斯含量有关问题的分析与探讨

胡召勇

摘要：本文主要分析我国目前现有的行业规程、规范和技术标准，以及“煤层残存瓦斯含量”的定义等，详细说明矿井煤炭的开采与瓦斯的抽采是一个动态的概念，可以将煤层瓦斯残存量按照实际条件分为瓦斯残留量与瓦斯残存量两个基本类型。

关键词：煤层；瓦斯含量；分析

中图分类号：P618文献标识码： A

受矿井开采过程中地层采动或瓦斯抽采工程等影响，煤层原始瓦斯赋存状态发生改变后，煤层瓦斯会不同程度地向采掘空间或抽采系统释放，而留存在煤层中的残存瓦斯含量则是预测矿井瓦斯涌出量、进行煤层瓦斯抽采设计、评价瓦斯抽采达标、评估煤层突出危险性的重要基础数据。

然而在实际应用中，笔者发现现有的行业规程、规范及技术标准中对“煤层残存瓦斯含量”的定义、测定与计算方法存在着较多的歧义与问题。因此，对有关“煤层残存瓦斯含量”的许多相关问题进行深入讨论，统一认识，在当前有着极大的现实意义。

1关于“煤的残存瓦斯含量”的定义

目前我国煤矿行业现有多个标准对煤层残存瓦斯含量的定义是不一致的。笔者认为，残存瓦斯含量应是一个动态的概念。残存瓦斯既然是“经过一段时间的瓦斯释放后，煤块或煤体中残留的瓦斯”，按照煤矿开采的过程与实际情况，煤体经过一段时间的气体释放后其残存瓦斯含量就应该包括运出矿井后煤中的残存量、开采煤层的残存量、抽采后煤体的残存量、受采动影响后邻近煤层的残存量、采空区遗留煤炭的残存量，以及解吸法测定瓦斯含量过程中的残存量等不同的类型。考虑到煤在常压状态下吸附瓦斯释放过程比较缓慢，瓦斯保存时间相对较长，因此建议把常压状态下煤样中保存的瓦斯量称为残存瓦斯含量，而把其他阶段或过程煤中保存的瓦斯量称为残留瓦斯含量，以便区别和应用。

1)运出矿井后煤的残留瓦斯含量(采落煤炭的残存瓦斯含量)。在预测矿井瓦斯涌出量时，采落煤炭向矿井采掘空间所释放的瓦斯量(开采层瓦斯涌出量)多少，很大程度上是由煤层原始瓦斯含量与运出矿井后煤中的残留瓦斯含量的差值决定的。而煤炭从在工作面被采落到运出地面的时间和煤炭的粒度则是影响其残留瓦斯含量的重要因素。根据己有的研究结果表明，我国矿井的规模及在现行装备条件下对采煤和运输环节的实际统计，大部分矿井可以在2h左右将煤炭运至地表。因此，采落煤炭的残留瓦斯含量通常是指在大约2h内运出矿井后煤的残留瓦斯含量。

但是按照不同矿井的具体生产条件、系统环节和机械化水平，煤炭运出矿井的时间差别可能较大，而在有的矿井地面煤仓中煤炭继续放出瓦斯的情况也是客观存在的现象。因此严格说来，过去有的研究把这一煤炭运输时间确定为大约2h，认为采落煤炭的残留瓦斯含量通常是指在大约2h内运出矿井后煤的残留瓦斯含量并不够准确;残留量近似等于常压下瓦斯含量的假设也不尽合理，运出矿井后煤中的残留瓦斯含量按煤在0. 1 MPa压力(常压)条件下煤的吸附量取值，只是在目前尚无其他可靠数据情况下的一个暂时可用的办法。

2)邻近煤层的残留瓦斯含量。受采动影响后邻近煤层的透气性大大提高。但是在计算煤层群开采中多次受到采动影响的邻近层的瓦斯涌出量时，由于其煤层瓦斯己可能经受到多次不同程度的采动影响，因此计算首次采动以后邻近煤层的瓦斯涌出量时应采用其(邻近层)相应阶段的残留瓦斯量，而不能再采用原始的煤层瓦斯含量值。

3)采动影响煤层的残留瓦斯含量、抽采后煤体的残留瓦斯含量等，多用于评价瓦斯抽采达标效果、评估煤层突出危险性。这时煤层残留瓦斯含量多处于一个不断减少的变化过程中，其最终的残留量值取决于抽采达标的具体要求。

4)采空区遗留煤炭的残存瓦斯量，这对于矿井瓦斯涌出量预测及采空区瓦斯抽采都有较大的意义，特别是在厚煤层开采时。在有关瓦斯抽采的相关标准与计算中，多采用在1个大气压(1. 013 x105 Pa)条件下(常压状态下)煤样的瓦斯含量。但是在煤炭长时间暴露于常压状态，特别是可能同时处于负压抽采瓦斯的情况下，由于长时间释放瓦斯的煤炭中的残存瓦斯量可能远远低于此数值。

5)解吸法(包括地面和井下)测定瓦斯含量过程中的残存量，这与现场测试过程及解吸时间的长短、煤样的块度大小等因素有关，此残存量仅为测定过程中某一特定阶段煤样的残留瓦斯量，其大小不会影响到瓦斯含量测定的最终结果。

2.残存瓦斯含量的测定与计算方法

2. 1矿井瓦斯涌出量预测时运出矿井后煤中残存瓦斯含量的测定与计算

此处所指煤的残存瓦斯含量大小，与煤在井下的暴露时间有关。在测定残存瓦斯含量时，煤的暴露时间应取正常生产过程的平均值。我国大部分矿井均能在2h左右将煤炭运至地表;采落煤炭在其暴露最初阶段瓦斯解吸速度极大，一般经过60~120 min后趋于稳定。实测的煤炭残存瓦斯含量除受粒度影响较大外，主要是随煤的变质程度的增高而增大。通过与实验室煤样瓦斯吸附资料的对比，经2h暴露后煤样的残存瓦斯含量基本上近似于其在一个大气压下的吸附量，并据此给出煤的残存瓦斯含量取值范围。

与中煤科工集团重庆研究院有限公司的大量常压吸附资料(见图1)相对比，表1中的取值范围除挥发分在35%~50%的低变质煤样常压吸附量稍高外，其他应该还是比较合理的。

图2煤的常压吸附量与挥发分的关系

表1不同变质程度煤瓦斯残存量的取值范围

2. 2邻近层的残存瓦斯量计算

《矿井瓦斯涌出量预测方法》提出:“邻近层煤层残存瓦斯含量如无实测值可参照开采层选取”。但邻近煤层“暴露”时间要远远超过2h，可能达到几年或几个月，环境压力也会低于大气压力(常压)。按照波兰学者的研究，邻近煤层的残存瓦斯含量应该是接近于完全释放(为0)更为合理。

2. 3煤层瓦斯含量测定过程中的残存量测定

测定煤样在井下解吸瓦斯后，再在地面对粉碎前、粉碎后的残存量或解吸量进行测定。在常压解吸装置内测定的仅为残存的可解吸瓦斯，而在真空脱气装置内测定的残存量则包含了常压下的瓦斯吸附量，这部分残存量与解吸量、损失量之和则为煤层的瓦斯含量

3瓦斯残存量计算与应用中存在的问题

1)关于残存量的计算方法。在《矿井瓦斯涌出量预测方法》中，确定煤层残存瓦斯含量班时，对干燥无灰基煤的瓦斯含量小于10 m3 /t的高变质煤的WC按式(1)计算:

(1)

式中:为煤层残存瓦斯含量，m3/t;为煤层原始瓦斯含量，m3/t。

2)煤层瓦斯含量低于“残存量取值范围”的情况如何确定残存量。由于种种原因，会出现许多煤层瓦斯含量低于表1中“残存量取值范围”的情况。此时进行矿井瓦斯涌出量预测计算时，有的采用实测的煤层瓦斯吸附常数计算常压下的残存瓦斯量，有的则采用式(1)计算残存量。后者如布尔台煤矿煤层干燥无灰基瓦斯含量为0. 25~0. 47 m; /t，预测的矿井相对瓦斯涌出量为0. 536 m3/t，绝对瓦斯涌出量为25. 1 m3 /min。2010-2012年实际鉴定结果:矿井相对瓦斯涌出量为0. 71 ~ 0. 88 m3 /t，绝对瓦斯涌出量为20. 51~ 23. 99 m3 /min。瓦斯涌出量的预测结果与实测的资料十分接近。由于按式(1)计算的残存量值很小，因此，这种情况下与按残存量接近为零计算会有相同的结果，也比较符合煤矿实际条件。

4结语

煤层(煤)的残存瓦斯含量定义目前尚存在不统一、不规范的地方。随着矿井煤炭的开采与瓦斯的抽采，煤层残存瓦斯含量将是一个动态的概念，应该按照实际的条件将煤的残存瓦斯量分为不同的类型，对不同阶段煤层的残存瓦斯含量应分别给予准确的定义及描述，才能满足测定、计算与应用的需要。笔者提出将煤的残存瓦斯量分为残留瓦斯含量与残存瓦斯含量两个基本类型，以便区别和应用。

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