劉龍斌

(山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，山西 太原 030001)

從20 世紀(jì)30年代開始，人們就開始探尋測量瓦斯含量的方法，特別是在最近的二三十年中，有很多國家都提出了測定和估計(jì)煤層瓦斯含量的計(jì)算公式、物理模型、數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這些方法能夠較精準(zhǔn)的測定煤層瓦斯含量。現(xiàn)在介紹了我國探索測定煤層瓦斯含量的幾個(gè)階段進(jìn)程，可以概括為三個(gè)階段:真空罐法、集氣法和解析法等。

一 測定煤層瓦斯含量的方法的研究方向

解析法是目前使用最廣泛的的測定方法，其效果也比較理想。但是科學(xué)家還是應(yīng)該加大研究新方法，以便能夠更快速、更準(zhǔn)確、更簡便地測定煤層瓦斯含量。新方法應(yīng)該符合以下原則:

(1)最基本的保證就是測定瓦斯含量的準(zhǔn)確性，再要保證時(shí)間的最少性。

(2)測量儀器要有足夠好的密封器，以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，但是測量儀器還應(yīng)該簡化，減少操作的步驟和方便運(yùn)輸。

(3)能夠準(zhǔn)確的獲取瓦斯在轉(zhuǎn)移過程中的損失量。新的測定方法要求可以吸收煤的縫隙、空隙中的瓦斯，繼續(xù)探索煤層瓦斯在轉(zhuǎn)移中的特點(diǎn)，特別是游離態(tài)的瓦斯的儲(chǔ)存條件和狀態(tài)。

(4)發(fā)生嚴(yán)重變形的煤層是瓦斯含量高的煤層，對(duì)礦井有很大的威脅，也增加了開采的難度。這就需要著重研究煤層孔縫的特點(diǎn)、塊煤率等。

(5)除了要測量瓦斯的成分和含量外，還應(yīng)該研究其它的各項(xiàng)參數(shù)作為判斷指標(biāo)，比如解析速率、吸附時(shí)間等。

(6)測定結(jié)果的準(zhǔn)確度還和煤層含有的氣量、自身結(jié)構(gòu)、采樣儀器、操作方法、測定儀器等都有關(guān)聯(lián)，新的測定方法應(yīng)綜合考慮到結(jié)果的準(zhǔn)確性和測量方法、設(shè)備的適用性。

二 煤層瓦斯的測量方法發(fā)展進(jìn)程

1.真空罐法

在20 世紀(jì)30年代時(shí)，人們就已經(jīng)開始了對(duì)測定煤層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，即指從地勘鉆孔或井下采取新鮮的煤礦試樣，將其放到密封的容器中，再把此容器送入到實(shí)驗(yàn)室中對(duì)其采用真空加熱脫氣。到了20 世紀(jì)50年代中期時(shí)，人們?cè)诓杉涸嚇泳烷_始普遍使用真空罐了。在實(shí)際的采集煤試樣過程中，難免會(huì)損失瓦斯含量，造成測量誤差，因此就需要對(duì)測定的結(jié)果做適當(dāng)?shù)男Ｕ?。因?yàn)槭艿矫旱V的種類和瓦斯的損失時(shí)間等因素的限制，在實(shí)際的采集煤礦試樣過程中，瓦斯的損失量有時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的偏差，所以密封容器法在校正測試結(jié)果時(shí)有很大的難度，在不久之后就被新研究的集氣法所代替。

2.集氣法

在20 世紀(jì)50年代中期，人們探索了一種比較適宜于在地質(zhì)勘探鉆孔中采樣的專門儀器，比如:冷凍式巖芯采取器、密閉式巖芯采取器、集氣式巖芯采取器等。密封式巖芯采取器是當(dāng)鉆孔將煤芯鉆取出來后，使用煤芯管的上下兩端的活門以及其它的結(jié)構(gòu)，把鉆取的煤芯封存在煤芯管內(nèi)，當(dāng)鉆具將煤芯管提升到孔口之后，仍然要密封煤芯管，然后把它轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行真空脫氣操作。由于它的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，所以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用不廣泛。集氣式巖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帶有閥門的集氣室，專門用于采集煤芯在被提升時(shí)中解吸出來的瓦斯氣體。待鉆具到達(dá)地面后，就將鉆具上集氣室的取樣器卸下，仍然要在密封狀態(tài)下移送到實(shí)驗(yàn)室，脫氣方式和密封式巖芯采取器以致。集氣式巖芯采取器有著比較簡單的結(jié)構(gòu)，使用和維護(hù)起來也相對(duì)容易，在20 世紀(jì)60年代時(shí)，應(yīng)用較廣。

3.解析法

解析法最早是在1970年由法國人提出來的，后來經(jīng)過美國科學(xué)家的補(bǔ)充和完善，也把它稱作直接法。解析法的具體實(shí)施方法是:鉆去煤芯時(shí)依靠使用普通型的煤芯管，當(dāng)煤芯恰好被提取到孔口之后，迅速利用密封罐來裝含有瓦斯的煤層試樣，再使用解析儀來準(zhǔn)確測定煤層試樣中瓦斯的解析量，并找出解析量和解析時(shí)間二者之間的變化關(guān)系，然后結(jié)合煤層試樣的暴露時(shí)間來準(zhǔn)確計(jì)算出在采樣時(shí)瓦斯的損失量，再把已經(jīng)測定完解析量和解析時(shí)間的變化關(guān)系之后的密封罐移送到實(shí)驗(yàn)室中，再次測定煤芯之中剩余的瓦斯量。此種方法在測定煤層中含有的瓦斯總量時(shí)總共需要經(jīng)歷三個(gè)階段，包括:逸散氣量、解析氣量以及剩余氣量，在測定瓦斯的解析氣量時(shí)，要把溫度控制在和煤層在地下儲(chǔ)藏時(shí)的溫度一致。這個(gè)方法既經(jīng)濟(jì)也簡便，經(jīng)過多次試驗(yàn)可以證明它測定的瓦斯含量的精度基本可以符合地勘的要求，在美國應(yīng)用的十分廣泛。

我國在1978年—1982年也開始研究運(yùn)用解析法來準(zhǔn)確測定煤層含有的瓦斯量，在美國研究的直接法的基礎(chǔ)之上做了進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。我國自行研究的解析法相比于原來大大縮短了測定所需的時(shí)間，以前測定一次需要耗費(fèi)數(shù)周，而現(xiàn)在只需要2個(gè)小時(shí)，也精簡了恒溫裝置，把原來的儲(chǔ)層溫度下的接下改進(jìn)成當(dāng)時(shí)的地表溫度下的解析，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)室中的一些測定方法也有了相對(duì)應(yīng)的完善，而且對(duì)測定儀器也有一定程度的完善，使得整個(gè)測定過程更加科學(xué)化、合理化、標(biāo)準(zhǔn)化。這種既能方便于地勘工作，還能符合測定煤層瓦斯含量的要求。直到如今，我國依然在采用解析法測定煤層瓦斯含量。

三 總結(jié)

如今，煤礦開采進(jìn)度不斷加快，但是煤礦安全問題仍然存在著很大的安全隱患，以瓦斯為主要因素。因此，相關(guān)部門應(yīng)該加大測定煤層瓦斯含量的研究，制訂出一種準(zhǔn)確度高、經(jīng)濟(jì)、簡單的新方法，給煤礦開采帶來福音。

［1］王耀鋒;煤層原始瓦斯含量測定方法及誤差影響因素研究［D］;遼寧工程技術(shù)大學(xué);2005年

［2］蘇利軍;深部煤層瓦斯賦存規(guī)律及鉆孔抽采有效半徑研究［J］;安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年03期