瓦斯測定的計算方法

A. 煤層瓦斯含量及其測定方法

5.3.1 瓦斯含量直接測定方法

1）密封式煤（岩）心採取器：這種儀器在鑽孔內採取煤（岩）樣的同時可利用出心接收器上、下兩端的活門自動將煤樣密封，使煤樣在未脫氣狀態下提到地面，並保持氣密狀態送到實驗室，然後通過測定和計算求出瓦斯含量。其方法是在實驗室運用破碎、密閉加熱和真空降壓等方法，將煤樣中的全部瓦斯（包括吸附瓦斯）抽出，測定抽出瓦斯的體積和成分，並用天平稱出原始煤樣和放氣後煤樣的質量，二者之差即為煤樣中所含瓦斯的質量，最後經過計算求出單位質量煤中含有的瓦斯量。

2）集氣式煤（岩）心採取器：這種採取器上部有一特製的集氣室，可以在鑽進和提升過程中收集從煤心中泄出的瓦斯。采樣後應將裝有煤心的採取器送交實驗室，對集氣室中的瓦斯量進行測定和分析，然後測定煤樣的殘存瓦斯量，最後計算出煤的瓦斯含量。

目前，上述兩種儀器已在一些煤田地質勘探部門使用，但其使用和維護比較復雜，采樣中的瓦斯損失不易估計；此外，薄煤層用這些儀器采樣有一定困難，有時不夠精確。

3）氣測井法：利用半自動測井儀測定鑽孔沖洗液中溶解的瓦斯量、煤池瓦斯量及鑽屑中殘存的瓦斯量。根據測得的總瓦斯量（即上述三者之和），除以鑽進切除的煤量，得出煤層的瓦斯含量。

5.3.2 瓦斯含量間接測定法

（1）主要步驟

一般常用的是室內容量測定。其主要步驟是：將新鮮煤樣密封送實驗室，人工破碎至0.20～0.25mm；將破碎煤樣在60℃和高真空條件下（壓力為（1.3～1.3）×10^－3Pa）抽氣2～15 d；然後，進行甲烷氣吸附試驗，求吸附常數a值和b值；最後，換算出在標准壓力（指要測定地點的壓力）下每克煤的吸附瓦斯量。所計算出的瓦斯容量，可視為在給定條件下的煤層瓦斯含量。

（2）計算公式

根據已知的基本參數，利用朗格繆爾方程進行計算。

一般的計算公式

煤成（型）氣地質學

式中：W_m為煤層瓦斯含量，m³/t；W_x為吸附瓦斯量（可燃基），m³/t；W_y為游離瓦斯量（可燃基），m³/t；a，b為吸附常數，取決於煤質，通過吸附試驗求得，一般a值為20～70，b值為0.03～0.30；p為煤層瓦斯壓力（絕對壓力），Pa（計算時轉換成at）；u為煤的孔隙率，%，計算公式為

煤成（型）氣地質學

式中：ρ_視為煤的視密度，g/cm³，計算公式為

煤成（型）氣地質學

ρ_真為煤的真密度，g/cm³，其計算公式為

煤成（型）氣地質學

其中，ρ_w為水的密度，一般取1g/cm³；H₂為煤中氫含量，%；M_a，d，V_daf，A_d分別為煤的水分、揮發分和灰分含量，%。f是在0.005×0.25 H的靜壓力作用下單位體積煤的壓縮百分比，H為計算地點的煤層埋藏深度，m；0.25 H為岩石靜壓力，Pa；0.005 為經驗數值；中等變質程度的煤，壓力為39.2 MPa時體積減小2%。

由於煤的水分、灰分、結構及地溫、地壓等的影響，需採用一系列校正系數參與計算，才能得到煤層瓦斯含量的更為精確的結果。其計算公式如下：

煤成（型）氣地質學

式中：T₀/K_pt為溫度與壓力對游離瓦斯量影響的校正值，T₀＝273℃，K_pt為瓦斯壓縮系數（可查表得出）；

K₁為煤中灰分和水分影響的校正系數，其值為

煤成（型）氣地質學

K₂、K₃為地溫、地壓對煤吸附影響的校正系數，其中

K₂＝ eⁿp^－n

K₃＝ 1－0.00001（90 ＋p）

，可查表得出；

煤成（型）氣地質學

其中，t為測點的煤層實際溫度，℃；t₀為進行吸附試驗時煤樣的溫度，℃；p為試驗時的壓力，at。

理想氣體等溫壓縮的計算公式為

煤成（型）氣地質學

式中：ρ為煤的密度，t/m³；W_x1為瓦斯壓力為p、煤層溫度為t條件下煤的吸附瓦斯量，m³/ m³。

上述公式表明，煤的吸附瓦斯量主要取決於煤層的瓦斯壓力p和煤的吸附常數a、b，煤的游離瓦斯量主要取決於岩體的孔隙率和瓦斯壓力。

（3）計算例題

已知某礦某煤層實測瓦斯壓力為117.6×10⁴Pa（13at），已測得煤的吸附常數 a ＝38.17，b＝0.079，孔隙率u＝6%，灰分A_d＝5%，水分M_a，d＝2%，煤的密度ρ＝1.3 t/m³，求該煤層的瓦斯含量。

解：將已知數據代入式（5.10）中，即

煤成（型）氣地質學

（4）我國部分礦井的有關參數

現將我國部分礦井的有關參數列於表5.12中，以供參考。

表5.12 我國部分礦井有關參數值

①為唐家莊礦資料；②為陽泉三礦資料；③為王封礦資料。

5.3.3 經驗公式法

在精度要求不高時，可用經驗公式推算煤層的瓦斯含量。一個地區經驗公式的建立，要做大量的研究工作。這是由於瓦斯含量涉及的因素很多，所得公式往往比較復雜，其適用范圍也是有限的。現介紹幾個計算煤層瓦斯含量的經驗公式，以供參考。

（1）經驗公式之一

在無測定條件和一般要求的情況下，可根據煤質化驗數據，利用下列公式計算，即

煤成（型）氣地質學

式中：a＝2.4＋0.21 V_daf，b＝1－0.004 V_daf，a、b也可查表得；eⁿ為溫度系數（查表可得）；K_pt為在p，t條件下的瓦斯壓縮系數。

（2）經驗公式之二

煤成（型）氣地質學

式中：B₀為水分對煤吸附能力的影響系數，一般取1，其計算公式B₀＝p/0.9792。

（3）經驗公式之三

煤成（型）氣地質學

式中：A、B、C為系數，查表可得；u_空容為煤的空隙容積，m³/t；W_pt為相當於p、t條件下的瓦斯含量，m³/t。

5.3.4 圖解法

國外一般是視煤的變質程度來確定煤層和瓦斯含量的（圖5.11）。如已知其V_daf值，則可從圖上查得煤層瓦斯含量。這種方法看起來很簡單，但對於影響瓦斯含量因素比較復雜的地域來說（如我國煤種多，構造復雜），單純利用V_daf值來確定瓦斯含量似顯粗略，有時會帶來誤差。不過，在一定范圍內這一方法可以借鑒。

圖5.11 圖解參考圖

（據王大曾，1992）

1—蘇里茨曲線（德國）；2—文介爾曲線（德國）；

3—斯柯夫曲線（荷蘭）；4—巴爾巴拉曲線（波蘭）

5.3.5 瓦斯含量的預測

瓦斯含量預測的一般方法是利用勘探地質或礦井地質已經掌握的瓦斯資料，找出與瓦斯含量最密切的相關因素，建立數學模型進行計算。例如，我國江西萍鄉煤田龍潭組主採煤層，經分析研究發現，瓦斯含量與煤的揮發分和埋藏之間的相關程度最高，從而建立了以下數學模型：

Q_h＝ 11.981 ＋0.014H－0.4202V_daf

式中：Q_h為瓦斯含量，cm³/kg；H 為預測地點的煤層埋深，m；V_daf為煤體的揮發分值，%。

經驗證明，在H＜800 m、V_daf＞7%的情況下，這一公式完全通用；但超出這個范圍則有誤差。

此外，也可用相似條件比擬法，即根據已知的礦井（采區）情況，來預測與之條件相似礦井（采區）的瓦斯含量。

B. 礦井煤層瓦斯含量的計算

常用的瓦斯含量測定方法有兩類：一類是直接測定法，即在打鑽過程中，遇到煤層後用專用的密閉式岩芯取樣器或普通取樣器，提取煤樣，在實驗室內抽取其中所含瓦斯，再加上打鑽、取樣過程中逸散的瓦斯，除以試樣的質量，就是該煤層的瓦斯含量了。另一類是計演算法，即根據測定得到的煤層的瓦斯壓力和溫度，結合實驗室的試驗，計算煤層的游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即為該煤層的瓦斯含量。

C. 如何測定瓦斯放散初速度

瓦斯放散初速度指標△p表示煤放散瓦斯的能力。△p所反映的是煤在常壓下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，是反映煤層突出區域危險性的一種單項指標。
瓦斯放散初速度指標△p的測定方法如下：
（1）在煤層新暴露的面上採取煤樣250g，或打鑽採取新鮮煤芯250g。煤樣附上標簽，註明采樣地點、層位、采樣時間等；
（2）將所採煤樣進行粉碎，篩分出粒度為0.2～0.5mm的煤樣。每一煤樣取兩個試樣，每個試樣重3.5g；
（3）測定步驟：
①
把兩個試樣用漏斗分別裝入△p測定儀的兩個試樣瓶中；
②
啟動真空泵對試樣脫氣1.5h；
③
脫氣1.5h後關閉真空泵，將甲烷瓶與試樣瓶相連，充氣（充氣壓力0.1mpa）使煤樣吸附瓦斯1.5小時；
④
關閉試樣瓶與甲烷瓶閥門，使試樣瓶與甲烷瓶隔離；
⑤
開動真空泵對儀器死空間進行脫氣，使u形管汞真空計兩端汞面相平；
⑥
停止真空泵，關閉儀器死空間通往真空泵的閥門，打開試樣瓶的閥門，使煤樣瓶與儀器被抽空的死空間相連並同時啟動秒錶計時，10秒時關閉閥門，讀出汞柱計兩端汞柱差p1(mm)，45秒時打開閥門，60秒時關閉閥門，再一次讀出汞柱計兩端的壓差p2(mm)。
⑦
計算瓦斯放散初速度指標
△p=p2－p1

D. 如何測定煤礦瓦斯流量

可用奧式氣體分析儀測定煤礦氣體組分，
分析步驟
（1）首先檢查分析儀器的密封情況。關閉所有旋塞觀察三分鍾，如果液面沒有變化說明不漏氣。
（2）將樣氣送入量氣管然後全部排出，置換三次，確保儀器內沒有空氣。准確量取樣氣100ml為V1。讀數時保持封閉液瓶內液面與量氣管內液面水平。
（3）第一個吸收瓶的作用是吸收二氧化碳。因為氫氧化鉀溶液可以吸收CO2及少量H2S等酸性氣體，而其他組分對之不幹擾，故排在第一。
將樣氣送入二氧化碳吸收瓶，往返吸收最少8次，然後將樣氣送入量氣管讀數，再往返吸收兩次後重新讀數，如果兩次度數一致說明氣體完全吸收，吸收至讀數不變記為V2。
反應化學方程式：CO2+2KOH=K2CO3+H2O
CO2+KOH=KHCO3
（4）第二個吸收瓶的作用是吸收不飽和烴。不飽和烴在硫酸銀的催化下，能和濃硫酸起加成反應而被吸收。
將樣氣送入不飽和烴吸收瓶，往返吸收最少18次，然後將樣氣送入量氣管讀數，再往返吸收兩次後重新讀數，吸收至讀數不變記為V3。
反應化學方程式：C2H4+H2S2O7=C2H5S2O7•H（磺酸乙烯）
C2H2+H2SO4=C2H4SO4（硫酸乙烯）
（5）第三個吸收瓶的作用是吸收氧氣。焦性沒食子酸鹼性溶液能吸收O2，同時也能吸收酸性氣體如CO2，所以應該把CO2等酸性氣體排除後再吸收O2。
將樣氣送入氧氣吸收瓶，往返吸收最少8次，然後將樣氣送入量氣管讀數，再往返吸收兩次後重新讀數，吸收至讀數不變記為V4。
反應化學方程式：C6H3(OH)3+3KOH=C6H3(OK)3+3H2O
2 C6H3(OK)3+1/2O2=2 C6H2(OK)3+H2O
（6）第四，五，六個吸收瓶作用是吸收一氧化碳。氯化亞銅氨溶液能吸收CO，但此溶液與二氧化碳，不飽和烴，氧氣都能作用，因此應放在最後。吸收過程中，氯化亞銅氨溶液中NH3會逸出，所以CO被吸收完畢後，需用5%的硫酸溶液除去殘氣中的NH3，因為煤氣中CO含量高，應使用兩個CO吸收瓶。
將樣氣送入第一個CO吸收瓶往返吸收最少18次，再用第二個CO吸收瓶往返吸收最少8次，再送入硫酸吸收瓶往返吸收最少8次，然後將樣氣送入量氣管讀數，再往返吸收兩次後重新讀數，吸收至讀數不變為V5。
反應化學方程式：2CO+Cu2Cl2= Cu2Cl2•2CO
Cu2Cl2•2CO+4NH3+2H2O=2NH4Cl+Cu—COONH4
（7）將樣氣送入第六個吸收瓶，取剩餘樣氣的1/3送入量氣管，在中心三通旋塞處加氧氣，將中心三通旋塞按順時針旋轉180°，將氧氣送入量氣管，混合後量氣管讀數為100ml，將中心三通旋塞按順時針旋轉45º，把量氣管內氣體分四次使用高頻火花器點火進行爆炸，第一次爆炸體積為10ml左右，第二次爆炸體積為20ml左右，第三次爆炸體積為30ml左右，第四次將剩餘氣體全部爆炸。冷卻後將全部氣體送入量氣管中，記下量氣管讀數V6。
反應化學方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O
2H2+O2=2H2O（冷凝水量）
（8）將剩餘氣體送入二氧化碳吸收瓶，往返吸收最少8次，然後將樣氣送入量氣管讀數，再往返吸收兩次後重新讀數，吸收至讀數不變記為V7。
反應化學方程式：KOH+CO2=KCO3+H2O
KOH+CO2=KHCO3
（9）通過上述的吸收及燃燒法測定後，剩餘的氣體體積為N2。
（10）公式計算
CO2% =V1-V2
CmHn% =V2-V3
O2% =V3-V4
CO% =V4-V5
CH4%=(V6-V7)×3×100/V1
H2%=[2×3(100-2(V6-V7)]×100/(3×V1)
N2%=V1- CO2%- CmHn%- O2%- CO%- CH4%- H2%

E. 風排瓦斯量計算公式有急用，謝謝

QCH4=Q總×C%
米3/分
QCH4―――――――礦井絕對瓦斯湧出量
米3/分
Q總――――――
―礦井總回風量
米3/分
C―――――
―
―礦井回風流中瓦斯濃度
%

F. 煤礦風排瓦斯量的計算方法是什麼

計算方法是,根據巷道內積存瓦斯的多少,然後稀釋至1%以下所需要的新鮮空氣量:
1、 計算密閉巷道內瓦斯量：
Q瓦＝巷道斷面S×巷道長度L×瓦斯濃度 % m3
2、 計算稀釋瓦斯需要的空氣量：
Q空＝Q瓦×100 m3
3、 計算供風時間：
T=Q空÷局扇供風量q ×通風系數K min
註：(1)局扇供風量q為通過測定的局扇實際供風量 m3/min
(2)通風系數取1.2～1.6，視巷道性質及通風難易程度而定，建議取大值
(3)巷道內除瓦斯外的其他氣體未予考慮

G. 瓦斯含量，瓦斯壓力的直接測定方法有哪些

常用的瓦斯含量測定方法有兩類：
一類是直接測定法，即在打鑽過程中，遇到煤層後用專用的密閉式岩芯取樣器或普通取樣器，提取煤樣，在實驗室內抽取其中所含瓦斯，再加上打鑽、取樣過程中逸散的瓦斯，除以試樣的質量，就是該煤層的瓦斯含量了。
另一類是計演算法，即根據測定得到的煤層的瓦斯壓力和溫度，結合實驗室的試驗，計算煤層的游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即為該煤層的瓦斯含量。

H. 煤礦瓦斯等級鑒定的相對瓦斯湧出量計算公式與方法和絕對瓦斯湧出量計算公式與方法

一、煤礦瓦斯等級鑒定的相對瓦斯湧出量計算方法

隧道相對瓦斯湧出量為日絕對瓦斯湧出總量與月平均日產煤量的比值。相對瓦斯湧出量可按下式計算：q相=1440×qmac/D

式中：q相-相對瓦斯湧出量，m³/t；qmax-絕對瓦斯湧出量，m³/min；D-月平均日產煤量，t/d。

二、測定期間每個通風迴路的絕對瓦斯湧出量可按照下式計算：

q絕=q排+q抽

式中：q絕-測定隧道絕對瓦斯（或二氧化碳）湧出總量，m³/min；q抽-測定隧道抽采瓦斯（或二氧化碳）純量，m³/min，取鑒定月的平均值；q排-測定隧道日平均風排瓦斯（或二氧化碳）量，m³/min。

(8)瓦斯測定的計算方法擴展閱讀：

瓦斯是大量賦存於煤層中的，這個時候如果再結合煤的生產情況來了解瓦斯釋放，就必須除一個噸煤參數，這就是相對瓦斯湧出量。

瓦斯是煤礦生產的第一大災害，瓦斯湧出量是綜合體現礦井瓦斯情況的參數，各礦井根據地質結構的不同其賦存也不同，通過這個參數可以了解甚至決定礦井的性質。

I. 礦井煤層瓦斯含量的計算

常用的瓦斯含量測定方法有兩類:一類是直接測定法，即在打鑽過程中，遇到煤層後用專用的密閉式岩芯取樣器或普通取樣器，提取煤樣，在實驗室內抽取其中所含瓦斯，再加上打鑽、取樣過程中逸散的瓦斯，除以試樣的質量，就是該煤層的瓦斯含量了。另一類是計演算法，即根據測定得到的煤層的瓦斯壓力和溫度，結合實驗室的試驗，計算煤層的游離瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即為該煤層的瓦斯含量。

J. 瓦斯( 煤層氣) 資源量計算方法

( 1) 計算程序

①資源量計算邊界: 瓦斯地質圖中標有瓦斯風氧化帶的區域可直接圈出，不進行儲量計算。煤層含氣量、煤層厚度下限值由瓦斯含量等值線、鑽孔數據進行確定 ( 下限標准可參考 《煤層氣資源/儲量規范》) 。

②資源量計算單元的劃分: 原則是把氣田內具有相同或相近煤層氣賦存特徵的儲層劃為一個單元。劃分單元首選氣藏地質邊界，如斷層、尖滅、剝蝕等; 然後結合氣藏計算邊界，其中達不到產量下限的煤層凈厚度邊界、含氣量下限邊界和瓦斯風化帶邊界不加以計算。

③計算單元面積: 面積可通過 AutoCAD 軟體 「工具」菜單直接查詢，而不再用煤炭儲量計算面積常用的直接公式法及網格法，並且這種計算結果十分精確。煤層傾角的變化可由底板等高線的疏密程度進行計算，然後對實際面積進行修正。

④煤層有效厚度: 即整層煤厚去除夾矸厚度，也稱凈厚度，可以查看鄰近鑽孔資料，通過測井曲線或者取心整理夾矸厚度，一般與構造煤厚度一並在圖上鑽孔附近標出。

⑤煤質量密度: 先查找附近的鑽孔，查看相應報告可獲得煤真密度或視密度數值; 對於計算單元有多個鑽孔的情況，可以取其平均值。

⑥資源量計算: 按照礦井瓦斯含量等值線圖劃分的資源量計算塊段，依據每個塊段已確定的參數，由公式 ( 1. 1) 計算出各塊段煤層氣資源量。

( 2) 計算方法

我國地質條件復雜，不同區域煤層賦存條件差異很大，這對煤層氣資源量計算過程，含氣面積、含氣量等參數的確定帶來了諸多問題。我國目前煤層氣資源量的計算方法主要分為以下幾種:

①瓦斯地質統計法。瓦斯地質統計法計算瓦斯資源量，主要是充分運用煤礦開采後獲取大量瓦斯地質資料的優勢，在編制瓦斯地質圖的基礎上，運用瓦斯地質和瓦斯湧出規律，建立起與煤層氣含量測試數據的對應關系，豐富煤層氣預測資料，充實和完善煤層氣預測公式。更加實際的編制好煤層氣含量等值線圖，進行煤層氣資源量計算，結合構造煤的分布和構造復雜程度，進行煤層氣資源評價和區塊分級。瓦斯地質圖是瓦斯信息和地質信息系統的高度綜合，它全面地反映了瓦斯生成條件、保存條件、抽採的難易程度、瓦斯湧出規律及分區、分帶特徵;能夠比較直觀的確定資源量計算邊界條件、劃分計算單元，提供瓦斯資源量計算過程中所需參數，特別是影響資源量計算精度的關鍵參數，如含氣面積、煤層厚度和含氣量等，並能提高參數選取的可靠程度。

②體積法。它是我國目前煤層氣儲量計算普遍採用的一種方法，適應於各個級別煤層氣地質儲量計算，在美國很多人也採用。計算公式如下:

河南省瓦斯地質規律研究及煤礦瓦斯地質圖編制

式中:C_ad=C_daf(100－M_ad－A_d)/100;G_i為煤層氣地質儲量，10m;A為煤層含氣面積，km²;h為煤層凈厚度，m;D為煤的乾燥基質量密度，t/m³;C_ad為煤的空氣乾燥基含氣量，m³/t;C_daf為煤的乾燥無灰基含氣量，m³/t;M_ad為煤中原煤基水分，%;A_d為煤中灰分，%。

計算過程參數主要來源於地質勘探資料，勘探程度越高，參數取值越准確，資源量的結果也越可靠;但對於勘探程度較低或者當前沒有勘探的區域，參數的選擇人為因素就比較大，資源量計算的結果可靠性就值得懷疑。

③氣藏數值模擬法。這種方法是在計算機上利用專用軟體對已獲得的儲層參數和早期的生產數據或試采數據進行擬合匹配，可以獲得一個代表儲層平均特徵的氣藏模型和地質儲量，也可以估算煤層氣井未來的產量狀態及可采儲量，結果的准確程度是建立在豐富資料和計算精度的基礎上。

④類比法。類比法是利用已開發煤層氣田(或相似儲層)的相關關系計算瓦斯資源量的一種方法。計算區與開發區的地質條件、儲層條件等愈相似，計算結果愈准確。由於我國地質條件較為復雜，此方法的局限性較大，只有很少地區能夠採用。但如果在煤層氣開發初期選區，儲量級別要求不高，地質資料比較可靠，利用這種方法參數選擇比較快捷、直觀。

對於其他計算方法，如蒙特卡羅法、物質平衡法(King，1993)等，由於計算過程復雜或者參數選擇困難，不太實用，很少人採用。