用解吸法测试煤层瓦斯含量现状研究

摘 要：在煤炭地质勘探过程中，煤层瓦斯含量测试是很重要的工作之一。瓦斯含量是矿井设计和安全管理的重要依据，而瓦斯含量测试结果的准确性对矿井的安全生产起着至关重要的作用。目前，解吸法是我国煤田地质勘探时使用频率最高的煤层瓦斯含量测定方法。简要分析了影响解吸法测试瓦斯含量准确性的因素，介绍了减小误差的方法，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：瓦斯含量；解吸法；误差；地质勘探

中图分类号：TD712+.3 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.071

煤层瓦斯含量是指煤层内单位质量或单位体积的煤在自然条件下所含的瓦斯量，单位为m3/t。随着时间的推移和技术的发展，在煤炭地质勘探工作中，瓦斯含量的测定方法也在不断改进，由真空罐法、集气法变为解析法。目前，真空罐法和集气法已被淘汰，地勘钻孔解吸法是常用的方法之一。但是，在实际工作中发现，解吸法测定的瓦斯含量往往与实际瓦斯含量有较大偏差。本文主要研究了钻孔解吸法的实施过程，分析了影响瓦斯含量测试结果准确性的因素，并探索减小瓦斯测定结果误差的方法。

1 解吸法

解吸法是用普通岩芯管采取煤芯，当采取的煤芯到达地面后，立即将选取煤样放入密封罐中密封，随后立即将瓦斯解吸速度测定仪与密封罐连接测定瓦斯解吸量，最后再把煤样送到实验室测定瓦斯残存量。瓦斯含量即为瓦斯解吸量、残存瓦斯量（粉碎前脱气量，粉碎后脱气量）和损失量三部分之和。瓦斯解吸量和瓦斯残存量是由仪器测得的，数据较为可靠，因此，瓦斯损失量的准确性在瓦斯含量准确性测定过程中占有非常重要的位置。瓦斯损失量是根据采样过程中煤样暴露时间和解吸规律计算出的，而煤样暴露时间是指煤样从开始解吸到装入密封罐开始测定解吸的这段时间。

2 瓦斯损失量的计算方法

通过大量的试验发现，在煤样暴露的短时间内，累计瓦斯解吸量与解吸时间的平方根成正比，即：

VZ= . （1）

式（1）中：Vz为煤样自暴露时起到解吸测定进行时间为t时的瓦斯总解吸量，mL；k为比例常数；t0为装罐前的解吸时间，min；t为煤样解吸测定时间，min。

累计瓦斯解吸量由解吸测出的瓦斯解吸量和瓦斯损失量组成。解吸测出的瓦斯解吸量是t0到t时间段的解吸量。在解吸测定前，当煤样暴露时间为t0时，已损失的瓦斯量Vs为所求的瓦斯损失量，即：

Vs= . （2）

解吸测出的瓦斯解吸量为：

V= -Vs. （3）

在实际工作中，通常用作图法得出瓦斯损失量。该图的纵

坐标为实际测得瓦斯解吸量V，横坐标为 .在坐标纸上把

全部解吸测定点标出来，将呈直线关系的测定点用线连起来，连线延长与纵坐标轴相交截距为瓦斯损失量。

3 解吸法测试瓦斯含量误差分析

瓦斯含量主要是由煤样瓦斯解吸量、瓦斯残存量和瓦斯损失量三部分组成。截至目前，主要是在实验室测定瓦斯残存量，只要仪器正常，操作合理，一般情况下不会产生误差。用解吸法测试瓦斯含气量所产生的误差主要是由瓦斯解吸量测试和瓦斯损失量计算造成的。

瓦斯解吸量是将装有煤样的密封罐与瓦斯解吸速度测定仪连接起来测出的。在测定瓦斯含量前，一定要检查密封罐的气密性，如果密封罐漏气，其中的瓦斯就会冒出，测出的瓦斯含量就会偏低。只要密封罐的气密性好，瓦斯解吸量就不会产生误差。

在计算瓦斯损失量时，导致其结果存在误差的原因主要有以下几点：①读数的时间间隔。使用瓦斯速度仪测试时，读数要及时，而且在开始阶段要加大读数密度。②瓦斯损失量的计算是通过地面的瓦斯解吸来推算的，但是，该方法没有考虑煤样在钻孔和空气中解吸的差别。在提钻过程中，两者的温度、压力等是不同的，所以，测得的结果就会有误差。③在钻孔过程中，如果不能准确确定煤样的瓦斯解吸时间t0，那么，就会产生误差。④在煤层中，瓦斯是以吸附状态和游离状态存在的。在推算瓦斯损失量的过程中，只考虑到了吸附状态的瓦斯含量，而忽略了游离态的瓦斯含量，所以，瓦斯测定结果必然会有误差。⑤煤层埋藏深度决定了提钻时间，进而决定了煤芯的暴露时间。这是影响瓦斯含量的重要因素之一。对于埋藏较浅的煤层，测定的瓦斯含量比较符合实际情况，随着埋藏深度增加，推算的瓦斯含量误差也会越来越大。

4 减小瓦斯含量测定误差的方法

减小瓦斯含量测定误差的方法有以下几种：①改进取芯方法。利用绳索取芯可以大大缩短煤芯到达地表的时间。采用常规解吸法测定煤样解吸瓦斯量时，利用解吸规律可以推算出瓦斯损失量。由于绳索取芯大大缩短了取芯时间，大大减小了瓦斯损失量测定误差，所以，也就相应减小了瓦斯含量的测定误差。采用保压取芯的方法可以测定煤层瓦斯含量的真实值，而且不存在瓦斯损失量问题。但是，保压取芯所需设备昂贵、成本高，我国还没有使用这种方法。②在瓦斯解吸过程中，工作人员要认真检查密封罐的气密性，及时将煤样装罐，及时读取解吸数。③在提钻过程中，煤芯瓦斯解吸与地表瓦斯解吸的环境完全不同，利用地面瓦斯解吸规律推算的损失量不符合实际情况。为了减小损失量的误差，可以充分利用瓦斯解吸规律。在实验室模拟瓦斯解吸的过程中，可以采取模拟逼近的方法减小误差。④在煤层中，瓦斯以吸附状态和游离状态存在。在推算瓦斯损失量的过程中，仅考虑了吸附状态的瓦斯含量，忽略了游离态的瓦斯含量。这样，测定的瓦斯含量相对于实际瓦斯含量必定偏小，因此，必须要作出适当的补偿，减小瓦斯含量测定误差。⑤在实际工作中，要求地质工作人员要有一定的工作经验，能够准确判断瓦斯含量测定结果的准确性，剔除明显的误差值。

5 结束语

解吸法是目前使用最多的瓦斯含量测定方法之一，但是，其测定结果与实际瓦斯含量存在偏差。因此，在实际工作中，要尽可能减小误差，使测定的瓦斯含量与实际情况相符。

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作者简介：崔晓松（1987—），男，山西太原人，助理工程师，毕业于中国地质大学（北京）矿产普查与勘探专业。

〔编辑：白洁〕