瓦斯解吸量在突出預測中的可靠性研究

范 磊，劉 操，龐澤明

(1.山西東輝集團趙家山煤業有限公司，山西 清徐 030400;2.河南理工大學安全學院，河南 焦作 454000;3.河南理工大學能源學院，河南 焦作 454000)

·試驗研究·

瓦斯解吸量在突出預測中的可靠性研究

范 磊1，劉 操2，龐澤明3

(1.山西東輝集團趙家山煤業有限公司，山西 清徐 030400;2.河南理工大學安全學院，河南 焦作 454000;3.河南理工大學能源學院，河南 焦作 454000)

采用現場測定和實驗室實驗的方法，研究得出了瓦斯解吸量作為突出預測指標是敏感可靠的。突出煤體的瓦斯解吸量大，瓦斯解吸速率快，瓦斯解吸量和瓦斯壓力之間有著密切的關系，本文提出通過研究解吸時間、瓦斯壓力、瓦斯解吸量等之間的關系，來確定瓦斯解吸量的臨界值的方法。

瓦斯解吸量;解吸速率;瓦斯解吸規律;瓦斯壓力

前幾年，河南省平煤集團平禹煤電公司四礦發生了數次煤與瓦斯突出事故，事故均發生在12190機巷，造成了巨大的經濟損失和人員傷亡。事故發生前后對平禹四礦的瓦斯解吸量進行了大量現場測試和試驗室研究，通過數據對比、綜合分析等手段得出了一些初步結論和規律。

1 現場數據測定和分析

1.1 瓦斯解吸量定義

瓦斯解吸量即一定重量的煤鉆屑自然條件下自煤體脫落暴露于大氣之中一定時間后的瓦斯解吸總量。利用排水集氣法原理，采用瓦斯解吸儀和能容納300 g左右煤鉆屑的煤樣罐測量，單位為mL。瓦斯解吸量測定方法同《地勘時期瓦斯含量測定方法》(AQ 1046－2007)第4節“瓦斯解吸速度的測定”。

1.2 現場測定

2008年6月至2008年7月下旬，通過施工本煤層鉆孔或者穿層鉆孔對平禹四礦12190機巷、12190風巷、一下采區專回、11030采面、11030風巷等處進行了多次瓦斯解吸量測定，測定時間、取樣深度、解吸規律、測定結果等見表1。前5 min的瓦斯解吸速度規律見圖1。

表1 平禹四礦瓦斯解吸量原始數據

圖1 平禹四礦瓦斯解吸速度變化規律

1.3 數據分析

對比表1和圖1可以看出:

1)瓦斯解吸量大。

由表1可以看出，發生突出的12190機巷測定的瓦斯解吸總量為720～1 064 mL。在12190機巷所測定的5次瓦斯含量中，每次測定的瓦斯解吸量大大超過了其它地點的瓦斯解吸量。說明12190機巷在自然條件可解吸的瓦斯量相對較高，突出危險程度較高。

2)解吸速率快(瓦斯釋放快)。

2.7 能量的調整和轉換。根據物體能量的轉換和傳遞規律，提出了土壩的裂縫破壞是由于壩體內部的變形和能量積累轉換造成的。要根除這種隱患，就必須使壩體內部分土體所積累的應變能充分釋放。劈裂灌漿就是通過灌漿壓力和土體濕陷變形，使原有的土體裂縫充分開裂，使己出現的弱應力區和強應力區之間的應力應變能相互傳遞轉換，打破原壩體內部應力的不平衡，恢復正常的應力狀態，使壩體內部的應力應變相對穩定。

由圖1可以看出，12190機巷所測定的瓦斯解吸規律的斜率界于45.6～77.2，即平均每分鐘都要解吸45～80 mL。突出危險大的地點瓦斯解吸速率都很大，即在煤體暴露后瓦斯釋放速度非常快，在極短的時間內為發生突出提供了充足的瓦斯，瓦斯膨脹提供能量導致煤體突出。

3)瓦斯解吸量與突出動力現象的對應關系。

12190 機巷935～957 m段含量鉆孔施工過程中不但發生噴孔和煤炮等動力現象，還發生了突出事故，瓦斯解吸量很好地印證了該段的突出危險性。瓦斯解吸量指標預測到了動力現象的發生，具有很高敏感程度。

2 瓦斯解吸量的實驗室研究

2.1 實驗方法

瓦斯解吸量的實驗室研究是根據解吸法測定煤層瓦斯含量的基本原理進行的試驗探索，基本原理是:先在井下特定的地點取一定量的鉆屑帶回實驗室，在實驗室對帶回的煤樣進行篩分，再分別將不同粒度的煤樣裝入煤樣罐，然后用真空泵分別對不同粒度的煤樣進行脫氣處理，脫氣后對煤樣罐充入高純度瓦斯氣體使其達到一定的壓力，當煤樣平衡約24 h后(煤樣罐中的壓力基本不再變化)，將煤樣罐打開并進行倒罐，然后用解吸法直接測定煤樣的瓦斯解吸量。其吸附解吸系統示意圖見圖2。

圖2 瓦斯解吸量的實驗測試系統示意圖

2.2 實驗步驟

1)制取煤樣。制取1～3 mm煤樣約500 g。將一定量的煤樣裝入煤樣罐，在老虎臺鉗旋緊裝有壓力表的蓋，并確保不漏氣。

2)對煤樣抽真空。將煤樣罐固定，打開真空泵，并對煤樣罐煤樣進行抽真空，時間為2 h。

3)對煤樣加壓充入瓦斯。關閉真空泵，打開瓦斯氣瓶閥門，然后緩慢調節調壓器，使管路中的瓦斯氣體壓力達到所需要的壓力值(0.4 MPa、0.8 MPa、1.2 MPa、1.6 MPa)。

4)煤樣吸附瓦斯。關閉瓦斯氣瓶閥門，卸下帶壓力表的煤樣罐，吸附24 h。

5)煤樣瓦斯解吸量測定。將煤樣罐與瓦斯解吸儀連接，測定煤樣的瓦斯解吸量。

2.3 瓦斯解吸量臨界值初探

由平禹四礦12190機巷采集新鮮原煤，制取成1～3 mm煤樣，裝入煤樣罐中，同時脫氣2 h，充入高純度瓦斯氣體后使其平衡24 h，將煤樣罐打開，暴露2 min后，連接瓦斯解吸儀測定瓦斯解吸規律和前3 min的瓦斯解吸量。不同瓦斯壓力下瓦斯解吸規律測定結果見圖3，不同瓦斯壓力下前3 min的瓦斯解 吸量變化規律見圖4。

由圖3和圖4可以看出:

1)瓦斯解吸量隨瓦斯壓力升高而線性增大，瓦斯解吸速度隨解吸時間增加呈負指數減少。

2)假定暴露2 min后，測定前3 min的瓦斯解吸量作為一個固定指標來預測突出危險性，那么可以通過研究瓦斯解吸量和瓦斯壓力的關系來推算其臨界值。

3)取平禹四礦始突瓦斯壓力為0.74 MPa，那么可以得出瓦斯解吸量的突出危險性預測臨界值為131 mL。

3 結論和建議

通過平禹煤電公司四礦突出事故前后的瓦斯解吸量指標的測定和煤樣的實驗室研究得出以下結論:

1)瓦斯解吸量指標對于平禹四礦的煤體較其它突出預測指標敏感。瓦斯解吸速度快，瓦斯解吸量大，可短時間為煤體突出提供足夠的瓦斯膨脹能，平禹四礦煤與瓦斯突出必定是以瓦斯為主導作用的突出。因此，建議將瓦斯解吸量作為突出危險性預測指標納入到日常工作中，將抽放釋放瓦斯作為防突的重點工作。

2)通過實驗室實驗看出，瓦斯解吸量與瓦斯壓力和解吸時間關系密切，只要賦予一個固定時間即可通過研究瓦斯解吸量和瓦斯壓力的關系來推算其臨界值。平禹四礦可解吸瓦斯量的臨界值為131 mL，建議采用工業性試驗來驗證其可靠性。

3)以檢測瓦斯為手段的突出危險性預測指標有△h2、k1等。△h2、k1指標測定時選用煤樣很少，瓦斯解吸量指標采用300 g左右的煤樣測定，其誤差較小，而且可以通過直觀觀察瓦斯氣泡在水中冒處來減少人為誤差。因此，建議國內各礦區加強瓦斯解吸量指標的研究來確保工程適用性。

Reliability Study on Gas Desorption Volume in Outburst Prediction

Fan Lei，Liu Cao，Pang Ze－ming

With the methods of scene testing and laboratory experiment，the research obtains that the gas desorption amount as the outburst prediction indicator is sensitive and reliable.The gas desorption quantity of outburst coal is large，gas desorption rate is fast，the gas desorption quantity and the gas pressure has a close relationship.In this paper puts forward that through studying the relationship between desorption time，gas pressure，gas desorption quantity and etc.，determines the critical value method of gas desorption quantity.

Gas desorption volume;Desorption rates;Rule of gas desorption;Gas pressure

TD713

A

1672－0652(2012)08－0039－03

2012－07－03

范磊(1979—)，男，2010年畢業于安徽理工大學，助理工程師，主要從事煤炭開采及安全管理方面的工作(E －mail)zhangbingqi666@163.com