[01504994]提高井下煤层瓦斯含量测定准确率的关键技术及配套装备

“提高井下煤层瓦斯含量测定准确率的关键技术及配套装备研究（项目编号：08-150）”项目是国家安全生产监督管理总局2008年度安全生产科技发展计划项目,根据实验室和现场研究成果,在沁和能源集团有限公司进行了现场应用,是纵向项目,属于矿山安全领域。 项目针对井下煤层瓦斯含量测定过程中存在的不足,理论上分析了影响粒煤瓦斯扩散的因素,并在自制的煤屑瓦斯解吸测试装置上对主要影响因素进行了测试,研究强烈构造煤瓦斯解吸规律,并构建强烈构造煤取样过程中瓦斯漏失量计算方法。同时研制井下测定煤层瓦斯含量取样装置,研究准确测定煤层瓦斯含量关键技术,从而提高煤层瓦斯含量测值的可靠性、准确性与实用性。 根据研究计划要求,项目需完成如下指标： ①空气介质中煤屑瓦斯解吸测定装置建立; ②强烈构造煤瓦斯解吸规律研究; ③井下煤层瓦斯含量测定定点取样装备研制; ④强烈构造煤取样过程中的瓦斯漏失量计算方法研究。 经过两年的实验室试验和现场测试,完成了计划的全部内容,与国内同类技术相比,成果具有一定的创造性和先进性,具体情况如下。 ⑴根据Fick扩散定理、Langmuir方程、斯托克斯-爱因斯坦方程和材料力学理论推导并建立了瓦斯扩散方程。从建立的扩散方程可知,影响粒煤瓦斯扩散的因素有吸附常数、瓦斯压力、实验温度、煤样粒径、煤的弹性模量、气体半径和暴露时间。瓦斯解吸量随瓦斯压力的升高而增大,解吸量随瓦斯压力变化形式与Langmuir吸附等温线相似;瓦斯压力和暴露时间相同时,粒径越小,瓦斯解吸量越大;煤的弹性模量与煤的破坏类型密切相关,破坏越严重,弹性模量越小,瓦斯解吸量越大。 ⑵实验表明,井下钻屑解吸法测定瓦斯含量时,采取1-3mm粒径煤样是科学的。瓦斯吸附平衡压力越大,煤样在相同时段的解吸瓦斯总量越大,初始阶段曲线的斜率越大。煤样破坏程度越深,相同时段的解吸瓦斯总量越大,初始阶段的曲线斜率越大。暴露时间越长,取样过程中的损失量越大,推算的损失量误差越大。 ⑶采用巴雷尔式推算构造煤采样过程中漏失瓦斯量时,推算的损失量仅占实际损失量的42.83%～56.29%,平均49.01%,并据此提出损失量修正方法。 ⑷实验结果和工程实践证明,采用压风取样即能实现定点取样,又能快速取样。取样深度为100m时,煤样由孔底运移至孔口仅需2.28s,远远缩短了取样时间。 ⑸采用压风取样工艺测定的煤层瓦斯含量比传统工艺测定的煤层瓦斯含量提高5%。 ⑹为了便于测定煤层瓦斯含量,研制了配套的压风排粉孔口取样装置（201420321764.6）、井下可调控的钻机底座（201420321808.5）和高突煤层自动防强喷装置（201420321689.3）。