瓦斯實驗室

　 瓦斯抽采科 2020 年 年 6 月

　 概

　述

　煤礦是一個充滿多種危險源、非常復雜的生產環(huán)境。尤其瓦斯瓦斯事故的突發(fā)性、隨機性大，危險性和破壞性嚴重，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害的主導因素，瓦斯災害已成為煤礦生產中的第一大災害，給高瓦斯礦井的安全生產帶來了嚴重威脅。瓦斯災害治理的先決條件是確定煤層瓦斯的賦存及其參數情況。國內外對于煤礦瓦斯參數進行了多方位的研究，包括各參數的測定工藝、技術及裝備等。瓦斯解吸特征臨界指標確定方法三個方面；煤層瓦斯含量測定技術包括：煤隊瓦斯的吸附、解吸特效研究煤的工業(yè)分析、煤層瓦斯氣體成分分析；煤的突出危險性判定指標研究包括煤的瓦斯放散特征研究、煤的堅固性系數測定。

　實驗室建設的必要性

　掌握煤層的瓦斯基礎參數是認識煤層瓦斯賦存規(guī)律、科學制定礦井瓦斯防治方案和進行合理通風設計的基礎。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，才可能根據瓦斯災害的嚴重程度，有針對性地采取防治技術措施，實現礦井安全生產。而瓦斯賦存規(guī)律的獲得必須大量測量煤層瓦斯基礎參數。煤礦企業(yè)建立瓦斯基礎參數實驗室后可以隨著采掘工程的推進，隨時測定煤層瓦斯基礎參數，掌握煤層瓦斯的動態(tài)

　變化，進一步研究瓦斯分布規(guī)律，進而形成瓦斯預測分析結論，指導礦井安全高效生產。

　而瓦斯賦存規(guī)律的獲得必須測定煤層瓦斯基礎參數。煤礦企業(yè)建立瓦斯基礎參數實驗室后可以隨著采掘工程的推進，隨時測定煤層瓦斯基礎參數，掌握煤層瓦斯的動態(tài)變化，進一步研究瓦斯分布規(guī)律，進而形成瓦斯預測分析結論，知道礦井安全高效生產。

　一、 是 國家法律法規(guī)的需要

　2019 年 7 月 16 日國家煤礦安監(jiān)局印發(fā)了《防治煤與瓦斯突出細則》，細則中明確規(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)域預測、區(qū)域措施、區(qū)域效果檢驗及區(qū)域驗證，其各種預測指標和措施效果檢驗指標均需井下實測，實測主要參數為；瓦斯壓力、瓦斯含量、瓦斯放散初速度、煤的堅固性系數、煤層突出指標等。各項參數的測定大多需要在實驗室進行，為有效貫徹落實《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，建立瓦斯實驗室非常必要。

　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，重要的一項內容就是煤層瓦斯壓力、煤層瓦斯含量的測定。瓦斯含量的測定可以果用直接法和間接法，無論采用直接法還是間接法進行煤層瓦斯含量測定，都需要建立瓦斯基礎參數測定實驗室。間接法測定煤層瓦斯壓力也需要實驗室測定煤的吸附常數和煤的工業(yè)分析。因此，要進行煤層瓦斯賦存規(guī)律的研究，必須建立瓦斯基礎參數實驗室。

　三、是指導礦井安全生產的需要

　對于潞寧公司瓦斯賦存情況，瓦斯治理任重道遠，瓦斯成為制約安全生產的重要因素。建立瓦斯基礎參數實驗室后，可以隨時進行瓦斯賦存規(guī)律研究，及時掌握瓦斯分布動態(tài)、制定針對性的安全技術措施，從而避免瓦斯事故的發(fā)生;通過實驗室基礎參數的測定，可以對礦井井田范圍內的瓦斯災害進行全面分析和劃分，對災害度進行區(qū)別，從而提高瓦斯治理效率，提高瓦斯治理效果，指導煤礦進行合理的安排采據布置，有針對性地采取防突措施和瓦斯治理技術，實現礦井安全高產高效。

　四、是提升礦井瓦斯治理水平的需要

　瓦斯基礎參數實驗室的建設能凝聚相關技術人員和匯總技術成果，是瓦斯防治、技術創(chuàng)新、培養(yǎng)專業(yè)人才的平臺，對于礦井瓦斯災害的治理水平的提升具有重要意義。開展瓦斯治理科研項目，其中包括煤層瓦斯基礎參數測定以及礦井生產期間的日常預測預報等諸多工作，各項工作均與煤層基礎參數有著重要的關系。為此，建立瓦斯實驗室對科研項目的開展及礦井安全生產有著重要意義。

　瓦斯實驗室設備主要有:HCA 型高壓容量法瓦斯吸附裝置、DGC 型瓦斯含量直接測定裝置、WFC-2 型瓦斯放散初速度測定裝置、突出指標測試儀 WTC 煤層瓦斯壓力測定儀、煤的堅固性系數(F 值)測定裝置等。

　五、是企業(yè)落實主體責任的需要

　建立瓦斯實驗室，掌握煤層瓦斯賦存規(guī)律，對瓦斯治理效

　果進行科學評價和評判，量化分析，用數據說話，確保有效治理瓦斯。做到不采突出面，不掘突出頭。應抽盡抽，可保必保，應抽必抽、效果達標。

　瓦斯實驗室主要測定技術

　一、A HCA 型高壓容量法瓦斯吸附裝置

　通過井下實測的煤層瓦斯壓力結合瓦斯吸附常數 a、b 值、工業(yè)分析和煤的孔隙率可以用來計算煤層的瓦斯含量。該裝置為全自動的電子式解吸裝置，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、羅茨真空泵機組、真空脫氣系統(tǒng)、恒溫水浴箱、瓦斯吸附解吸系統(tǒng)和數據分析系統(tǒng)等裝置，設備先進，準確度高，有自動測定、打印實驗數據等功能。測定的吸附常數 a、b 值反映了煤層瓦斯解吸特征和最大可解吸瓦斯量，為瓦斯含量直接測定法及瓦斯壓力間接測定法的必備數據。

　 二 、

　C DGC 型瓦斯含量直接測定裝置

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

　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送到實驗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，煤樣在粉碎機中粉碎到95%煤樣粒度小于0.25mm的過程中所解吸瓦斯量。

　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定方法中的真空泵組脫氣、氣體成分分析等工藝實測。但更簡便的方法是按下式計算：

　 三

　、瓦斯放散初速度測定裝置

　該儀器主要用于測定煤層瓦斯突出基礎指標――瓦斯放散初速度指數△P，一般與測定煤層堅固性系數相配套，結合煤層原始瓦斯壓力、煤體破壞類型等指標，可對煤層突出危險性進行評價，也可用于煤層區(qū)域突出危險性的綜合指標測算。

　 四

　、煤的堅固性系數（f f ）值測定裝置

　該裝置用于測定煤的堅固性，是判定煤層突出危險性的一項重要指標，結合其它基礎指標對煤層突出危險性進行評價

　 附件：

　瓦斯參數實驗室實驗員崗位責任制度

　1. 圍繞礦井瓦斯防治工作任務，開展瓦斯基礎參數測定工作，建立良好的運行機制。

　2. 承擔煤與瓦斯突出危險性相關數據測定，主要測定煤樣可解析瓦斯含量，壓力、K1 值和煤層堅固性系數。

　 3. 嚴格按《操作規(guī)程 開展檢測活動，主動接受監(jiān)督和指導。

　 4. 積極參加技術培訓，刻苦鉆研技術，提高測試質量。

　 5. 遵守實驗室的各種規(guī)章制度，熟練掌握所使用的測試儀器結構、原理、性能、正確使用和維護并能自行解決測試中出現的各種技術問題。

　 6. 認真填寫實驗原始記錄，實驗結束后應認真核實，出具測試報告，交抽采科科長、分管礦領導審核簽字，做到內容完整，數據可靠，并存檔備案。

　7. 負責本實驗室設備的維護保養(yǎng)，保證實驗儀器設備完好。

　 8. 努力提高實驗技術，完善技術條件和工作環(huán)境，保障完成科學實驗任務。

　 9. 實行科學管理，完善各項規(guī)章制度。

　 10. 科學規(guī)范操作，保證測定數據真實可靠，完善瓦斯參

　數測定相關記錄與檔案管理。

　11. 制訂試驗室檢驗儀器、設備、試藥、試劑及其它用品的報廢及購買計劃。

　 12. 搞好實驗室的科學管理 、貫徹、實施有關規(guī)章制度，定期檢查、總結實驗室工作。

　 13. 保持測試儀器、設備和室內清潔，履行崗位安全職責。

　 煤層瓦斯參數實驗室管理制度

　 1. 實驗室內測試儀器、設備及電腦線路布局合理、整齊。

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

　 3. 保持測試儀器、設備和室內清潔，堅持衛(wèi)生包干制度，每日打掃一次室內衛(wèi)生。

　 4. 做好儀器、設備的防潮、防火、防事故工作，發(fā)現異常及時關閉電源，報告實驗室負責人進行處理。

　 5. 實驗室內嚴禁吸煙，任何人不準在室內進行測試無關的其它事宜。

　6. 外單位人員未經許可，不得進入實驗室參觀，學習人員必須有本室管理人員陪同，不得隨意開動儀器設備。

　 煤層瓦斯參數測定實驗室安全管理制度

　 1. 實驗室人員要高度重視安全工作，要自覺遵守安全制度和有關規(guī)定，所有人員應在接受安全教育后，才能進入工作崗位。

　2. 嚴格按操作規(guī)程進行操作，正確使用測試設備，不得違章作業(yè)。

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

　4. 按規(guī)定配備適當的消防器材，并定期檢查是否安全可靠，非災害時任何人不得擅自使用消防器材。

　5. 所有電器設備要定期檢查、及時維修、注意安全用電。

　6. 下班時要清理好各種器材工具，切斷電源，熄滅火源，關好門窗，消除不安全隱患。

　7. 發(fā)生安全事故，要積極采取有效應急措施，及時處理防止事態(tài)擴大，重大事故要同時保護好現場，并立即向主管領導報告。

　 煤的堅固性系數測定流程

　1 1 ．儀器設備及用具

　搗碎筒，計量筒，分樣篩(孔徑 20mm、30mm 和 0．5mm 個)，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，在地面打鉆取樣時應沿煤層厚度的上、中、下部各采取塊度為 lOcm 的煤芯兩塊。煤樣采出后應及時用紙包上并浸蠟封固(或用塑料袋包嚴)，以免風化；

　2)煤樣要附有標簽，注明采樣地點、層位、時間等；

　3)在煤樣攜帶、運送過程中應注意不得摔碰；

　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量筒內，輕輕敲打使之密實，然后輕輕插入具有刻度的活塞尺與筒內粉末面接觸。在計量筒口相平處讀取數 l(即粉末在計量筒內實際測量高度，讀至毫米)。

　當 l≥30mm 時，沖擊次數 n，即可定為 3 次，按以上步驟繼續(xù)進行其他各組的測定。

　當 l＜30mm 時，第一組試樣作廢，每份試樣沖擊次數 n 改為5 次，按以上步驟進行沖擊、篩分和測量，仍以每 5 份作一組，測定煤份高度 l。

　4 4 ．堅固性系數的計算

　堅固性系數按下式計算

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

　測定平行樣 3 組(每組 5 份)，取算數平均值，計算結果取一位小數。

　5 5 ．軟煤堅固性系數的確定

　如果取得的煤樣粒度達不到測定／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行測定，并按下式換算：

　當 f1-3>0．25 時，f=1.57f1-3-0.14

　當≤0．25 時，f＝f1—3 式中 f1-3-粒度為 1—3mm 時煤樣的堅固性系數。

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