用解吸法測試煤層瓦斯含量現狀研究

摘 要：在煤炭地質勘探過程中，煤層瓦斯含量測試是很重要的工作之一。瓦斯含量是礦井設計和安全管理的重要依據，而瓦斯含量測試結果的準確性對礦井的安全生產起著至關重要的作用。目前，解吸法是我國煤田地質勘探時使用頻率最高的煤層瓦斯含量測定方法。簡要分析了影響解吸法測試瓦斯含量準確性的因素，介紹了減小誤差的方法，以期為日后的相關工作提供參考。

關鍵詞：瓦斯含量；解吸法；誤差；地質勘探

中圖分類號：TD712+.3 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.071

煤層瓦斯含量是指煤層內單位質量或單位體積的煤在自然條件下所含的瓦斯量，單位為m3/t。隨著時間的推移和技術的發展，在煤炭地質勘探工作中，瓦斯含量的測定方法也在不斷改進，由真空罐法、集氣法變為解析法。目前，真空罐法和集氣法已被淘汰，地勘鉆孔解吸法是常用的方法之一。但是，在實際工作中發現，解吸法測定的瓦斯含量往往與實際瓦斯含量有較大偏差。本文主要研究了鉆孔解吸法的實施過程，分析了影響瓦斯含量測試結果準確性的因素，并探索減小瓦斯測定結果誤差的方法。

1 解吸法

解吸法是用普通巖芯管采取煤芯，當采取的煤芯到達地面后，立即將選取煤樣放入密封罐中密封，隨后立即將瓦斯解吸速度測定儀與密封罐連接測定瓦斯解吸量，最后再把煤樣送到實驗室測定瓦斯殘存量。瓦斯含量即為瓦斯解吸量、殘存瓦斯量（粉碎前脫氣量，粉碎后脫氣量）和損失量三部分之和。瓦斯解吸量和瓦斯殘存量是由儀器測得的，數據較為可靠，因此，瓦斯損失量的準確性在瓦斯含量準確性測定過程中占有非常重要的位置。瓦斯損失量是根據采樣過程中煤樣暴露時間和解吸規律計算出的，而煤樣暴露時間是指煤樣從開始解吸到裝入密封罐開始測定解吸的這段時間。

2 瓦斯損失量的計算方法

通過大量的試驗發現，在煤樣暴露的短時間內，累計瓦斯解吸量與解吸時間的平方根成正比，即：

VZ= . （1）

式（1）中：Vz為煤樣自暴露時起到解吸測定進行時間為t時的瓦斯總解吸量，mL；k為比例常數；t0為裝罐前的解吸時間，min；t為煤樣解吸測定時間，min。

累計瓦斯解吸量由解吸測出的瓦斯解吸量和瓦斯損失量組成。解吸測出的瓦斯解吸量是t0到t時間段的解吸量。在解吸測定前，當煤樣暴露時間為t0時，已損失的瓦斯量Vs為所求的瓦斯損失量，即：

Vs= . （2）

解吸測出的瓦斯解吸量為：

V= -Vs. （3）

在實際工作中，通常用作圖法得出瓦斯損失量。該圖的縱

坐標為實際測得瓦斯解吸量V，橫坐標為 .在坐標紙上把

全部解吸測定點標出來，將呈直線關系的測定點用線連起來，連線延長與縱坐標軸相交截距為瓦斯損失量。

3 解吸法測試瓦斯含量誤差分析

瓦斯含量主要是由煤樣瓦斯解吸量、瓦斯殘存量和瓦斯損失量三部分組成。截至目前，主要是在實驗室測定瓦斯殘存量，只要儀器正常，操作合理，一般情況下不會產生誤差。用解吸法測試瓦斯含氣量所產生的誤差主要是由瓦斯解吸量測試和瓦斯損失量計算造成的。

瓦斯解吸量是將裝有煤樣的密封罐與瓦斯解吸速度測定儀連接起來測出的。在測定瓦斯含量前，一定要檢查密封罐的氣密性，如果密封罐漏氣，其中的瓦斯就會冒出，測出的瓦斯含量就會偏低。只要密封罐的氣密性好，瓦斯解吸量就不會產生誤差。

在計算瓦斯損失量時，導致其結果存在誤差的原因主要有以下幾點：①讀數的時間間隔。使用瓦斯速度儀測試時，讀數要及時，而且在開始階段要加大讀數密度。②瓦斯損失量的計算是通過地面的瓦斯解吸來推算的，但是，該方法沒有考慮煤樣在鉆孔和空氣中解吸的差別。在提鉆過程中，兩者的溫度、壓力等是不同的，所以，測得的結果就會有誤差。③在鉆孔過程中，如果不能準確確定煤樣的瓦斯解吸時間t0，那么，就會產生誤差。④在煤層中，瓦斯是以吸附狀態和游離狀態存在的。在推算瓦斯損失量的過程中，只考慮到了吸附狀態的瓦斯含量，而忽略了游離態的瓦斯含量，所以，瓦斯測定結果必然會有誤差。⑤煤層埋藏深度決定了提鉆時間，進而決定了煤芯的暴露時間。這是影響瓦斯含量的重要因素之一。對于埋藏較淺的煤層，測定的瓦斯含量比較符合實際情況，隨著埋藏深度增加，推算的瓦斯含量誤差也會越來越大。

4 減小瓦斯含量測定誤差的方法

減小瓦斯含量測定誤差的方法有以下幾種：①改進取芯方法。利用繩索取芯可以大大縮短煤芯到達地表的時間。采用常規解吸法測定煤樣解吸瓦斯量時，利用解吸規律可以推算出瓦斯損失量。由于繩索取芯大大縮短了取芯時間，大大減小了瓦斯損失量測定誤差，所以，也就相應減小了瓦斯含量的測定誤差。采用保壓取芯的方法可以測定煤層瓦斯含量的真實值，而且不存在瓦斯損失量問題。但是，保壓取芯所需設備昂貴、成本高，我國還沒有使用這種方法。②在瓦斯解吸過程中，工作人員要認真檢查密封罐的氣密性，及時將煤樣裝罐，及時讀取解吸數。③在提鉆過程中，煤芯瓦斯解吸與地表瓦斯解吸的環境完全不同，利用地面瓦斯解吸規律推算的損失量不符合實際情況。為了減小損失量的誤差，可以充分利用瓦斯解吸規律。在實驗室模擬瓦斯解吸的過程中，可以采取模擬逼近的方法減小誤差。④在煤層中，瓦斯以吸附狀態和游離狀態存在。在推算瓦斯損失量的過程中，僅考慮了吸附狀態的瓦斯含量，忽略了游離態的瓦斯含量。這樣，測定的瓦斯含量相對于實際瓦斯含量必定偏小，因此，必須要作出適當的補償，減小瓦斯含量測定誤差。⑤在實際工作中，要求地質工作人員要有一定的工作經驗，能夠準確判斷瓦斯含量測定結果的準確性，剔除明顯的誤差值。

5 結束語

解吸法是目前使用最多的瓦斯含量測定方法之一，但是，其測定結果與實際瓦斯含量存在偏差。因此，在實際工作中，要盡可能減小誤差，使測定的瓦斯含量與實際情況相符。

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作者簡介：崔曉松（1987—），男，山西太原人，助理工程師，畢業于中國地質大學（北京）礦產普查與勘探專業。

〔編輯：白潔〕