摘 要：在煤炭地質(zhì)勘探過(guò)程中，煤層瓦斯含量測(cè)試是很重要的工作之一。瓦斯含量是礦井設(shè)計(jì)和安全管理的重要依據(jù)，而瓦斯含量測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性對(duì)礦井的安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。目前，解吸法是我國(guó)煤田地質(zhì)勘探時(shí)使用頻率最高的煤層瓦斯含量測(cè)定方法。簡(jiǎn)要分析了影響解吸法測(cè)試瓦斯含量準(zhǔn)確性的因素，介紹了減小誤差的方法，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：瓦斯含量；解吸法；誤差；地質(zhì)勘探

中圖分類號(hào)：TD712+.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.03.071

煤層瓦斯含量是指煤層內(nèi)單位質(zhì)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(shí)間的推移和技術(shù)的發(fā)展，在煤炭地質(zhì)勘探工作中，瓦斯含量的測(cè)定方法也在不斷改進(jìn)，由真空罐法、集氣法變?yōu)榻馕龇āＤ壳?，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(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，解吸法測(cè)定的瓦斯含量往往與實(shí)際瓦斯含量有較大偏差。本文主要研究了鉆孔解吸法的實(shí)施過(guò)程，分析了影響瓦斯含量測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確性的因素，并探索減小瓦斯測(cè)定結(jié)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(dāng)采取的煤芯到達(dá)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(cè)定儀與密封罐連接測(cè)定瓦斯解吸量，最后再把煤樣送到實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(cè)得的，數(shù)據(jù)較為可靠，因此，瓦斯損失量的準(zhǔn)確性在瓦斯含量準(zhǔn)確性測(cè)定過(guò)程中占有非常重要的位置。瓦斯損失量是根據(jù)采樣過(guò)程中煤樣暴露時(shí)間和解吸規(guī)律計(jì)算出的，而煤樣暴露時(shí)間是指煤樣從開始解吸到裝入密封罐開始測(cè)定解吸的這段時(shí)間。

2 瓦斯損失量的計(jì)算方法

通過(guò)大量的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在煤樣暴露的短時(shí)間內(nèi)，累計(jì)瓦斯解吸量與解吸時(shí)間的平方根成正比，即：

VZ= . （1）

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

累計(jì)瓦斯解吸量由解吸測(cè)出的瓦斯解吸量和瓦斯損失量組成。解吸測(cè)出的瓦斯解吸量是t0到t時(shí)間段的解吸量。在解吸測(cè)定前，當(dāng)煤樣暴露時(shí)間為t0時(shí)，已損失的瓦斯量Vs為所求的瓦斯損失量，即：

Vs= . （2）

解吸測(cè)出的瓦斯解吸量為：

V= -Vs. （3）

在實(shí)際工作中，通常用作圖法得出瓦斯損失量。該圖的縱

坐標(biāo)為實(shí)際測(cè)得瓦斯解吸量V，橫坐標(biāo)為 .在坐標(biāo)紙上把

全部解吸測(cè)定點(diǎn)標(biāo)出來(lái)，將呈直線關(guān)系的測(cè)定點(diǎn)用線連起來(lái)，連線延長(zhǎng)與縱坐標(biāo)軸相交截距為瓦斯損失量。

3 解吸法測(cè)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(shí)驗(yàn)室測(cè)定瓦斯殘存量，只要儀器正常，操作合理，一般情況下不會(huì)產(chǎn)生誤差。用解吸法測(cè)試瓦斯含氣量所產(chǎn)生的誤差主要是由瓦斯解吸量測(cè)試和瓦斯損失量計(jì)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(cè)定儀連接起來(lái)測(cè)出的。在測(cè)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(huì)冒出，測(cè)出的瓦斯含量就會(huì)偏低。只要密封罐的氣密性好，瓦斯解吸量就不會(huì)產(chǎn)生誤差。

在計(jì)算瓦斯損失量時(shí)，導(dǎo)致其結(jié)果存在誤差的原因主要有以下幾點(diǎn)：①讀數(shù)的時(shí)間間隔。使用瓦斯速度儀測(cè)試時(shí)，讀數(shù)要及時(shí)，而且在開始階段要加大讀數(shù)密度。②瓦斯損失量的計(jì)算是通過(guò)地面的瓦斯解吸來(lái)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(guò)程中，兩者的溫度、壓力等是不同的，所以，測(cè)得的結(jié)果就會(huì)有誤差。③在鉆孔過(guò)程中，如果不能準(zhǔn)確確定煤樣的瓦斯解吸時(shí)間t0，那么，就會(huì)產(chǎn)生誤差。④在煤層中，瓦斯是以吸附狀態(tài)和游離狀態(tài)存在的。在推算瓦斯損失量的過(guò)程中，只考慮到了吸附狀態(tài)的瓦斯含量，而忽略了游離態(tài)的瓦斯含量，所以，瓦斯測(cè)定結(jié)果必然會(huì)有誤差。⑤煤層埋藏深度決定了提鉆時(shí)間，進(jìn)而決定了煤芯的暴露時(shí)間。這是影響瓦斯含量的重要因素之一。對(duì)于埋藏較淺的煤層，測(cè)定的瓦斯含量比較符合實(shí)際情況，隨著埋藏深度增加，推算的瓦斯含量誤差也會(huì)越來(lái)越大。

4 減小瓦斯含量測(cè)定誤差的方法

減小瓦斯含量測(cè)定誤差的方法有以下幾種：①改進(jìn)取芯方法。利用繩索取芯可以大大縮短煤芯到達(dá)地表的時(shí)間。采用常規(guī)解吸法測(cè)定煤樣解吸瓦斯量時(shí)，利用解吸規(guī)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(shí)間，大大減小了瓦斯損失量測(cè)定誤差，所以，也就相應(yīng)減小了瓦斯含量的測(cè)定誤差。采用保壓取芯的方法可以測(cè)定煤層瓦斯含量的真實(shí)值，而且不存在瓦斯損失量問題。但是，保壓取芯所需設(shè)備昂貴、成本高，我國(guó)還沒有使用這種方法。②在瓦斯解吸過(guò)程中，工作人員要認(rèn)真檢查密封罐的氣密性，及時(shí)將煤樣裝罐，及時(shí)讀取解吸數(shù)。③在提鉆過(guò)程中，煤芯瓦斯解吸與地表瓦斯解吸的環(huán)境完全不同，利用地面瓦斯解吸規(guī)律推算的損失量不符合實(shí)際情況。為了減小損失量的誤差，可以充分利用瓦斯解吸規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)室模擬瓦斯解吸的過(guò)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(tài)和游離狀態(tài)存在。在推算瓦斯損失量的過(guò)程中，僅考慮了吸附狀態(tài)的瓦斯含量，忽略了游離態(tài)的瓦斯含量。這樣，測(cè)定的瓦斯含量相對(duì)于實(shí)際瓦斯含量必定偏小，因此，必須要作出適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償，減小瓦斯含量測(cè)定誤差。⑤在實(shí)際工作中，要求地質(zhì)工作人員要有一定的工作經(jīng)驗(yàn)，能夠準(zhǔn)確判斷瓦斯含量測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，剔除明顯的誤差值。

5 結(jié)束語(yǔ)

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

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作者簡(jiǎn)介：崔曉松（1987—），男，山西太原人，助理工程師，畢業(yè)于中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)。

〔編輯：白潔〕