瓦斯實(shí)驗(yàn)室

　 瓦斯抽采科 2020 年 年 6 月

　 概

　述

　煤礦是一個(gè)充滿多種危險(xiǎn)源、非常復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境。尤其瓦斯瓦斯事故的突發(fā)性、隨機(jī)性大，危險(xiǎn)性和破壞性嚴(yán)重，是造成煤與瓦斯突出、瓦斯異常涌出以及瓦斯爆炸等重大瓦斯災(zāi)害的主導(dǎo)因素，瓦斯災(zāi)害已成為煤礦生產(chǎn)中的第一大災(zāi)害，給高瓦斯礦井的安全生產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重威脅。瓦斯災(zāi)害治理的先決條件是確定煤層瓦斯的賦存及其參數(shù)情況。國(guó)內(nèi)外對(duì)于煤礦瓦斯參數(shù)進(jìn)行了多方位的研究，包括各參數(shù)的測(cè)定工藝、技術(shù)及裝備等。瓦斯解吸特征臨界指標(biāo)確定方法三個(gè)方面；煤層瓦斯含量測(cè)定技術(shù)包括：煤隊(duì)瓦斯的吸附、解吸特效研究煤的工業(yè)分析、煤層瓦斯氣體成分分析；煤的突出危險(xiǎn)性判定指標(biāo)研究包括煤的瓦斯放散特征研究、煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定。

　實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必要性

　掌握煤層的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)是認(rèn)識(shí)煤層瓦斯賦存規(guī)律、科學(xué)制定礦井瓦斯防治方案和進(jìn)行合理通風(fēng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。就瓦斯治理而言只有在弄清了煤層瓦斯賦存規(guī)律的前提下，才可能根據(jù)瓦斯災(zāi)害的嚴(yán)重程度，有針對(duì)性地采取防治技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)。而瓦斯賦存規(guī)律的獲得必須大量測(cè)量煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)。煤礦企業(yè)建立瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室后可以隨著采掘工程的推進(jìn)，隨時(shí)測(cè)定煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，掌握煤層瓦斯的動(dòng)態(tài)

　變化，進(jìn)一步研究瓦斯分布規(guī)律，進(jìn)而形成瓦斯預(yù)測(cè)分析結(jié)論，指導(dǎo)礦井安全高效生產(chǎn)。

　而瓦斯賦存規(guī)律的獲得必須測(cè)定煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)。煤礦企業(yè)建立瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室后可以隨著采掘工程的推進(jìn)，隨時(shí)測(cè)定煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，掌握煤層瓦斯的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)一步研究瓦斯分布規(guī)律，進(jìn)而形成瓦斯預(yù)測(cè)分析結(jié)論，知道礦井安全高效生產(chǎn)。

　一、 是 國(guó)家法律法規(guī)的需要

　2019 年 7 月 16 日國(guó)家煤礦安監(jiān)局印發(fā)了《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》，細(xì)則中明確規(guī)定，突出煤層回采前必須執(zhí)行區(qū)域措施，其中包括區(qū)域預(yù)測(cè)、區(qū)域措施、區(qū)域效果檢驗(yàn)及區(qū)域驗(yàn)證，其各種預(yù)測(cè)指標(biāo)和措施效果檢驗(yàn)指標(biāo)均需井下實(shí)測(cè)，實(shí)測(cè)主要參數(shù)為；瓦斯壓力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的堅(jiān)固性系數(shù)、煤層突出指標(biāo)等。各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)定大多需要在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，為有效貫徹落實(shí)《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，建立瓦斯實(shí)驗(yàn)室非常必要。

　二、是研究煤層瓦斯賦存規(guī)律的需要

　在煤層瓦斯賦存規(guī)律的研究中，重要的一項(xiàng)內(nèi)容就是煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量的測(cè)定。瓦斯含量的測(cè)定可以果用直接法和間接法，無(wú)論采用直接法還是間接法進(jìn)行煤層瓦斯含量測(cè)定，都需要建立瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)室。間接法測(cè)定煤層瓦斯壓力也需要實(shí)驗(yàn)室測(cè)定煤的吸附常數(shù)和煤的工業(yè)分析。因此，要進(jìn)行煤層瓦斯賦存規(guī)律的研究，必須建立瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室。

　三、是指導(dǎo)礦井安全生產(chǎn)的需要

　對(duì)于潞寧公司瓦斯賦存情況，瓦斯治理任重道遠(yuǎn)，瓦斯成為制約安全生產(chǎn)的重要因素。建立瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室后，可以隨時(shí)進(jìn)行瓦斯賦存規(guī)律研究，及時(shí)掌握瓦斯分布動(dòng)態(tài)、制定針對(duì)性的安全技術(shù)措施，從而避免瓦斯事故的發(fā)生;通過(guò)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定，可以對(duì)礦井井田范圍內(nèi)的瓦斯災(zāi)害進(jìn)行全面分析和劃分，對(duì)災(zāi)害度進(jìn)行區(qū)別，從而提高瓦斯治理效率，提高瓦斯治理效果，指導(dǎo)煤礦進(jìn)行合理的安排采據(jù)布置，有針對(duì)性地采取防突措施和瓦斯治理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)礦井安全高產(chǎn)高效。

　四、是提升礦井瓦斯治理水平的需要

　瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)能凝聚相關(guān)技術(shù)人員和匯總技術(shù)成果，是瓦斯防治、技術(shù)創(chuàng)新、培養(yǎng)專業(yè)人才的平臺(tái)，對(duì)于礦井瓦斯災(zāi)害的治理水平的提升具有重要意義。開(kāi)展瓦斯治理科研項(xiàng)目，其中包括煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定以及礦井生產(chǎn)期間的日常預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等諸多工作，各項(xiàng)工作均與煤層基礎(chǔ)參數(shù)有著重要的關(guān)系。為此，建立瓦斯實(shí)驗(yàn)室對(duì)科研項(xiàng)目的開(kāi)展及礦井安全生產(chǎn)有著重要意義。

　瓦斯實(shí)驗(yàn)室設(shè)備主要有:HCA 型高壓容量法瓦斯吸附裝置、DGC 型瓦斯含量直接測(cè)定裝置、WFC-2 型瓦斯放散初速度測(cè)定裝置、突出指標(biāo)測(cè)試儀 WTC 煤層瓦斯壓力測(cè)定儀、煤的堅(jiān)固性系數(shù)(F 值)測(cè)定裝置等。

　五、是企業(yè)落實(shí)主體責(zé)任的需要

　建立瓦斯實(shí)驗(yàn)室，掌握煤層瓦斯賦存規(guī)律，對(duì)瓦斯治理效

　果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)和評(píng)判，量化分析，用數(shù)據(jù)說(shuō)話，確保有效治理瓦斯。做到不采突出面，不掘突出頭。應(yīng)抽盡抽，可保必保，應(yīng)抽必抽、效果達(dá)標(biāo)。

　瓦斯實(shí)驗(yàn)室主要測(cè)定技術(shù)

　一、A HCA 型高壓容量法瓦斯吸附裝置

　通過(guò)井下實(shí)測(cè)的煤層瓦斯壓力結(jié)合瓦斯吸附常數(shù) a、b 值、工業(yè)分析和煤的孔隙率可以用來(lái)計(jì)算煤層的瓦斯含量。該裝置為全自動(dòng)的電子式解吸裝置，配套有高純度甲烷氣瓶、充氣系統(tǒng)、真空干燥系統(tǒng)、電子天平、羅茨真空泵機(jī)組、真空脫氣系統(tǒng)、恒溫水浴箱、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等裝置，設(shè)備先進(jìn)，準(zhǔn)確度高，有自動(dòng)測(cè)定、打印實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等功能。測(cè)定的吸附常數(shù) a、b 值反映了煤層瓦斯解吸特征和最大可解吸瓦斯量，為瓦斯含量直接測(cè)定法及瓦斯壓力間接測(cè)定法的必備數(shù)據(jù)。

　 二 、

　C DGC 型瓦斯含量直接測(cè)定裝置

　DGC 型瓦斯含量直接測(cè)定裝置是一套井下和實(shí)驗(yàn)室結(jié)合使用的直接測(cè)定煤層瓦斯含量的裝置，裝置可在 8 小時(shí)內(nèi)完成煤層瓦斯含量測(cè)定。測(cè)定過(guò)程為：向煤層施工鉆孔取煤樣、將煤樣裝入解吸裝置測(cè)量瓦斯解吸速度及解吸量、在實(shí)驗(yàn)室將煤樣裝入密封粉碎系統(tǒng)粉碎后測(cè)量瓦斯解吸量、抽真空測(cè)定或計(jì)算煤的常壓吸附量、建立模型推算取樣階段損失瓦斯量。所以測(cè)

　定的煤層中瓦斯主要由取樣階段煤樣損失瓦斯量 Q1、粉碎前自然解吸瓦斯量 Q2、粉碎后自然解吸瓦斯量 Q3、常壓不可解吸瓦斯量 Q4 等四部分組成。即

　式中：Q1――煤樣損失瓦斯量，是取樣過(guò)程中損失的瓦斯量；

　Q2――粉碎前自然解吸瓦斯量，是指在常壓狀態(tài)下，煤樣井下解吸瓦斯量與煤樣運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室在粉碎前所解吸的瓦斯量之和。

　Q3――粉碎后自然解吸瓦斯量，指在常壓狀態(tài)下，煤樣在粉碎機(jī)中粉碎到95%煤樣粒度小于0.25mm的過(guò)程中所解吸瓦斯量。

　Q4――常壓不可解吸瓦斯量，在常壓狀態(tài)下，粉碎解吸后仍殘存在煤樣中不可解吸的瓦斯量。

　常壓不可解吸瓦斯量可按傳統(tǒng)地勘期間瓦斯含量測(cè)定方法中的真空泵組脫氣、氣體成分分析等工藝實(shí)測(cè)。但更簡(jiǎn)便的方法是按下式計(jì)算：

　 三

　、瓦斯放散初速度測(cè)定裝置

　該儀器主要用于測(cè)定煤層瓦斯突出基礎(chǔ)指標(biāo)――瓦斯放散初速度指數(shù)△P，一般與測(cè)定煤層堅(jiān)固性系數(shù)相配套，結(jié)合煤層原始瓦斯壓力、煤體破壞類型等指標(biāo)，可對(duì)煤層突出危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，也可用于煤層區(qū)域突出危險(xiǎn)性的綜合指標(biāo)測(cè)算。

　 四

　、煤的堅(jiān)固性系數(shù)（f f ）值測(cè)定裝置

　該裝置用于測(cè)定煤的堅(jiān)固性，是判定煤層突出危險(xiǎn)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，結(jié)合其它基礎(chǔ)指標(biāo)對(duì)煤層突出危險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)

　 附件：

　瓦斯參數(shù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)員崗位責(zé)任制度

　1. 圍繞礦井瓦斯防治工作任務(wù)，開(kāi)展瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定工作，建立良好的運(yùn)行機(jī)制。

　2. 承擔(dān)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)定，主要測(cè)定煤樣可解析瓦斯含量，壓力、K1 值和煤層堅(jiān)固性系數(shù)。

　 3. 嚴(yán)格按《操作規(guī)程 開(kāi)展檢測(cè)活動(dòng)，主動(dòng)接受監(jiān)督和指導(dǎo)。

　 4. 積極參加技術(shù)培訓(xùn)，刻苦鉆研技術(shù)，提高測(cè)試質(zhì)量。

　 5. 遵守實(shí)驗(yàn)室的各種規(guī)章制度，熟練掌握所使用的測(cè)試儀器結(jié)構(gòu)、原理、性能、正確使用和維護(hù)并能自行解決測(cè)試中出現(xiàn)的各種技術(shù)問(wèn)題。

　 6. 認(rèn)真填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)原始記錄，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后應(yīng)認(rèn)真核實(shí)，出具測(cè)試報(bào)告，交抽采科科長(zhǎng)、分管礦領(lǐng)導(dǎo)審核簽字，做到內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)可靠，并存檔備案。

　7. 負(fù)責(zé)本實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，保證實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備完好。

　 8. 努力提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，完善技術(shù)條件和工作環(huán)境，保障完成科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

　 9. 實(shí)行科學(xué)管理，完善各項(xiàng)規(guī)章制度。

　 10. 科學(xué)規(guī)范操作，保證測(cè)定數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，完善瓦斯參

　數(shù)測(cè)定相關(guān)記錄與檔案管理。

　11. 制訂試驗(yàn)室檢驗(yàn)儀器、設(shè)備、試藥、試劑及其它用品的報(bào)廢及購(gòu)買計(jì)劃。

　 12. 搞好實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)管理 、貫徹、實(shí)施有關(guān)規(guī)章制度，定期檢查、總結(jié)實(shí)驗(yàn)室工作。

　 13. 保持測(cè)試儀器、設(shè)備和室內(nèi)清潔，履行崗位安全職責(zé)。

　 煤層瓦斯參數(shù)實(shí)驗(yàn)室管理制度

　 1. 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試儀器、設(shè)備及電腦線路布局合理、整齊。

　 2. 測(cè)試用的隨機(jī)工具、物件和測(cè)試樣品按規(guī)定放置，高壓氣瓶需固定在人員不常到的位置;室內(nèi)不準(zhǔn)堆放其它雜物。

　 3. 保持測(cè)試儀器、設(shè)備和室內(nèi)清潔，堅(jiān)持衛(wèi)生包干制度，每日打掃一次室內(nèi)衛(wèi)生。

　 4. 做好儀器、設(shè)備的防潮、防火、防事故工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)關(guān)閉電源，報(bào)告實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人進(jìn)行處理。

　 5. 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)嚴(yán)禁吸煙，任何人不準(zhǔn)在室內(nèi)進(jìn)行測(cè)試無(wú)關(guān)的其它事宜。

　6. 外單位人員未經(jīng)許可，不得進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室參觀，學(xué)習(xí)人員必須有本室管理人員陪同，不得隨意開(kāi)動(dòng)儀器設(shè)備。

　 煤層瓦斯參數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)室安全管理制度

　 1. 實(shí)驗(yàn)室人員要高度重視安全工作，要自覺(jué)遵守安全制度和有關(guān)規(guī)定，所有人員應(yīng)在接受安全教育后，才能進(jìn)入工作崗位。

　2. 嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，正確使用測(cè)試設(shè)備，不得違章作業(yè)。

　3. 測(cè)試人員上崗前應(yīng)做好規(guī)定的安全措施，以防安全事故的發(fā)生。

　4. 按規(guī)定配備適當(dāng)?shù)南�防器材，并定期檢查是否安全可靠，非災(zāi)害時(shí)任何人不得擅自使用消防器材。

　5. 所有電器設(shè)備要定期檢查、及時(shí)維修、注意安全用電。

　6. 下班時(shí)要清理好各種器材工具，切斷電源，熄滅火源，關(guān)好門(mén)窗，消除不安全隱患。

　7. 發(fā)生安全事故，要積極采取有效應(yīng)急措施，及時(shí)處理防止事態(tài)擴(kuò)大，重大事故要同時(shí)保護(hù)好現(xiàn)場(chǎng)，并立即向主管領(lǐng)導(dǎo)報(bào)告。

　 煤的堅(jiān)固性系數(shù)測(cè)定流程

　1 1 ．儀器設(shè)備及用具

　搗碎筒，計(jì)量筒，分樣篩(孔徑 20mm、30mm 和 0．5mm 個(gè))，天平(最大稱量 1000g，感量 0．5g)，小錘、漏斗、容器。

　2 2 ．采樣與制樣

　1)沿新暴露的煤層厚度的上、中、下部各采取塊度為 10cm左右的煤樣兩塊，在地面打鉆取樣時(shí)應(yīng)沿煤層厚度的上、中、下部各采取塊度為 lOcm 的煤芯兩塊。煤樣采出后應(yīng)及時(shí)用紙包上并浸蠟封固(或用塑料袋包嚴(yán))，以免風(fēng)化；

　2)煤樣要附有標(biāo)簽，注明采樣地點(diǎn)、層位、時(shí)間等；

　3)在煤樣攜帶、運(yùn)送過(guò)程中應(yīng)注意不得摔碰；

　4)把煤樣用小錘碎制成 20～30mm 的小塊，用孔徑為 20 或30mm 的篩子篩選；

　5)稱取制備好的試樣 50g 為一份，每 5 份為一組，共稱為取三組。

　3 3 ．測(cè)定步驟

　1)將搗碎筒放置在水泥地板或 2cm 厚的鐵板上，放入試樣一份，將 2．4kg 重錘提高到 600mm 高度，使其自由落下沖擊試樣，每份沖擊 3 次，把 5 份搗碎后的試樣裝在同一容器中：

　2)把每組(5 份)搗碎后的試樣一起倒入孔徑 0．5mm 分樣篩

　中篩分，篩至不再漏下煤粉為止；

　3)把篩下的粉末用漏斗裝入計(jì)量筒內(nèi)，輕輕敲打使之密實(shí)，然后輕輕插入具有刻度的活塞尺與筒內(nèi)粉末面接觸。在計(jì)量筒口相平處讀取數(shù) l(即粉末在計(jì)量筒內(nèi)實(shí)際測(cè)量高度，讀至毫米)。

　當(dāng) l≥30mm 時(shí)，沖擊次數(shù) n，即可定為 3 次，按以上步驟繼續(xù)進(jìn)行其他各組的測(cè)定。

　當(dāng) l＜30mm 時(shí)，第一組試樣作廢，每份試樣沖擊次數(shù) n 改為5 次，按以上步驟進(jìn)行沖擊、篩分和測(cè)量，仍以每 5 份作一組，測(cè)定煤份高度 l。

　4 4 ．堅(jiān)固性系數(shù)的計(jì)算

　堅(jiān)固性系數(shù)按下式計(jì)算

　f=20n/l 式中 f-堅(jiān)固性系數(shù); n-每份試樣沖擊次數(shù),次; l-每組試樣篩下煤粉的計(jì)量高度，mm。

　測(cè)定平行樣 3 組(每組 5 份)，取算數(shù)平均值，計(jì)算結(jié)果取一位小數(shù)。

　5 5 ．軟煤堅(jiān)固性系數(shù)的確定

　如果取得的煤樣粒度達(dá)不到測(cè)定／值所要求粒度(20～30mm)，可采取粒度為 1—3mm 的煤樣按上述要求進(jìn)行測(cè)定，并按下式換算：

　當(dāng) f1-3>0．25 時(shí)，f=1.57f1-3-0.14

　當(dāng)≤0．25 時(shí)，f＝f1—3 式中 f1-3-粒度為 1—3mm 時(shí)煤樣的堅(jiān)固性系數(shù)。

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