瓦斯测定的计算方法

A. 煤层瓦斯含量及其测定方法

5.3.1 瓦斯含量直接测定方法

1）密封式煤（岩）心采取器：这种仪器在钻孔内采取煤（岩）样的同时可利用出心接收器上、下两端的活门自动将煤样密封，使煤样在未脱气状态下提到地面，并保持气密状态送到实验室，然后通过测定和计算求出瓦斯含量。其方法是在实验室运用破碎、密闭加热和真空降压等方法，将煤样中的全部瓦斯（包括吸附瓦斯）抽出，测定抽出瓦斯的体积和成分，并用天平称出原始煤样和放气后煤样的质量，二者之差即为煤样中所含瓦斯的质量，最后经过计算求出单位质量煤中含有的瓦斯量。

2）集气式煤（岩）心采取器：这种采取器上部有一特制的集气室，可以在钻进和提升过程中收集从煤心中泄出的瓦斯。采样后应将装有煤心的采取器送交实验室，对集气室中的瓦斯量进行测定和分析，然后测定煤样的残存瓦斯量，最后计算出煤的瓦斯含量。

目前，上述两种仪器已在一些煤田地质勘探部门使用，但其使用和维护比较复杂，采样中的瓦斯损失不易估计；此外，薄煤层用这些仪器采样有一定困难，有时不够精确。

3）气测井法：利用半自动测井仪测定钻孔冲洗液中溶解的瓦斯量、煤池瓦斯量及钻屑中残存的瓦斯量。根据测得的总瓦斯量（即上述三者之和），除以钻进切除的煤量，得出煤层的瓦斯含量。

5.3.2 瓦斯含量间接测定法

（1）主要步骤

一般常用的是室内容量测定。其主要步骤是：将新鲜煤样密封送实验室，人工破碎至0.20～0.25mm；将破碎煤样在60℃和高真空条件下（压力为（1.3～1.3）×10^－3Pa）抽气2～15 d；然后，进行甲烷气吸附试验，求吸附常数a值和b值；最后，换算出在标准压力（指要测定地点的压力）下每克煤的吸附瓦斯量。所计算出的瓦斯容量，可视为在给定条件下的煤层瓦斯含量。

（2）计算公式

根据已知的基本参数，利用朗格缪尔方程进行计算。

一般的计算公式

煤成（型）气地质学

式中：W_m为煤层瓦斯含量，m³/t；W_x为吸附瓦斯量（可燃基），m³/t；W_y为游离瓦斯量（可燃基），m³/t；a，b为吸附常数，取决于煤质，通过吸附试验求得，一般a值为20～70，b值为0.03～0.30；p为煤层瓦斯压力（绝对压力），Pa（计算时转换成at）；u为煤的孔隙率，%，计算公式为

煤成（型）气地质学

式中：ρ_视为煤的视密度，g/cm³，计算公式为

煤成（型）气地质学

ρ_真为煤的真密度，g/cm³，其计算公式为

煤成（型）气地质学

其中，ρ_w为水的密度，一般取1g/cm³；H₂为煤中氢含量，%；M_a，d，V_daf，A_d分别为煤的水分、挥发分和灰分含量，%。f是在0.005×0.25 H的静压力作用下单位体积煤的压缩百分比，H为计算地点的煤层埋藏深度，m；0.25 H为岩石静压力，Pa；0.005 为经验数值；中等变质程度的煤，压力为39.2 MPa时体积减小2%。

由于煤的水分、灰分、结构及地温、地压等的影响，需采用一系列校正系数参与计算，才能得到煤层瓦斯含量的更为精确的结果。其计算公式如下：

煤成（型）气地质学

式中：T₀/K_pt为温度与压力对游离瓦斯量影响的校正值，T₀＝273℃，K_pt为瓦斯压缩系数（可查表得出）；

K₁为煤中灰分和水分影响的校正系数，其值为

煤成（型）气地质学

K₂、K₃为地温、地压对煤吸附影响的校正系数，其中

K₂＝ eⁿp^－n

K₃＝ 1－0.00001（90 ＋p）

，可查表得出；

煤成（型）气地质学

其中，t为测点的煤层实际温度，℃；t₀为进行吸附试验时煤样的温度，℃；p为试验时的压力，at。

理想气体等温压缩的计算公式为

煤成（型）气地质学

式中：ρ为煤的密度，t/m³；W_x1为瓦斯压力为p、煤层温度为t条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决于煤层的瓦斯压力p和煤的吸附常数a、b，煤的游离瓦斯量主要取决于岩体的孔隙率和瓦斯压力。

（3）计算例题

已知某矿某煤层实测瓦斯压力为117.6×10⁴Pa（13at），已测得煤的吸附常数 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，求该煤层的瓦斯含量。

解：将已知数据代入式（5.10）中，即

煤成（型）气地质学

（4）我国部分矿井的有关参数

现将我国部分矿井的有关参数列于表5.12中，以供参考。

表5.12 我国部分矿井有关参数值

①为唐家庄矿资料；②为阳泉三矿资料；③为王封矿资料。

5.3.3 经验公式法

在精度要求不高时，可用经验公式推算煤层的瓦斯含量。一个地区经验公式的建立，要做大量的研究工作。这是由于瓦斯含量涉及的因素很多，所得公式往往比较复杂，其适用范围也是有限的。现介绍几个计算煤层瓦斯含量的经验公式，以供参考。

（1）经验公式之一

在无测定条件和一般要求的情况下，可根据煤质化验数据，利用下列公式计算，即

煤成（型）气地质学

式中：a＝2.4＋0.21 V_daf，b＝1－0.004 V_daf，a、b也可查表得；eⁿ为温度系数（查表可得）；K_pt为在p，t条件下的瓦斯压缩系数。

（2）经验公式之二

煤成（型）气地质学

式中：B₀为水分对煤吸附能力的影响系数，一般取1，其计算公式B₀＝p/0.9792。

（3）经验公式之三

煤成（型）气地质学

式中：A、B、C为系数，查表可得；u_空容为煤的空隙容积，m³/t；W_pt为相当于p、t条件下的瓦斯含量，m³/t。

5.3.4 图解法

国外一般是视煤的变质程度来确定煤层和瓦斯含量的（图5.11）。如已知其V_daf值，则可从图上查得煤层瓦斯含量。这种方法看起来很简单，但对于影响瓦斯含量因素比较复杂的地域来说（如我国煤种多，构造复杂），单纯利用V_daf值来确定瓦斯含量似显粗略，有时会带来误差。不过，在一定范围内这一方法可以借鉴。

图5.11 图解参考图

（据王大曾，1992）

1—苏里茨曲线（德国）；2—文介尔曲线（德国）；

3—斯柯夫曲线（荷兰）；4—巴尔巴拉曲线（波兰）

5.3.5 瓦斯含量的预测

瓦斯含量预测的一般方法是利用勘探地质或矿井地质已经掌握的瓦斯资料，找出与瓦斯含量最密切的相关因素，建立数学模型进行计算。例如，我国江西萍乡煤田龙潭组主采煤层，经分析研究发现，瓦斯含量与煤的挥发分和埋藏之间的相关程度最高，从而建立了以下数学模型：

Q_h＝ 11.981 ＋0.014H－0.4202V_daf

式中：Q_h为瓦斯含量，cm³/kg；H 为预测地点的煤层埋深，m；V_daf为煤体的挥发分值，%。

经验证明，在H＜800 m、V_daf＞7%的情况下，这一公式完全通用；但超出这个范围则有误差。

此外，也可用相似条件比拟法，即根据已知的矿井（采区）情况，来预测与之条件相似矿井（采区）的瓦斯含量。

B. 矿井煤层瓦斯含量的计算

常用的瓦斯含量测定方法有两类：一类是直接测定法，即在打钻过程中，遇到煤层后用专用的密闭式岩芯取样器或普通取样器，提取煤样，在实验室内抽取其中所含瓦斯，再加上打钻、取样过程中逸散的瓦斯，除以试样的质量，就是该煤层的瓦斯含量了。另一类是计算法，即根据测定得到的煤层的瓦斯压力和温度，结合实验室的试验，计算煤层的游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即为该煤层的瓦斯含量。

C. 如何测定瓦斯放散初速度

瓦斯放散初速度指标△p表示煤放散瓦斯的能力。△p所反映的是煤在常压下吸附瓦斯的能力和放散瓦斯的速度，是反映煤层突出区域危险性的一种单项指标。
瓦斯放散初速度指标△p的测定方法如下：
（1）在煤层新暴露的面上采取煤样250g，或打钻采取新鲜煤芯250g。煤样附上标签，注明采样地点、层位、采样时间等；
（2）将所采煤样进行粉碎，筛分出粒度为0.2～0.5mm的煤样。每一煤样取两个试样，每个试样重3.5g；
（3）测定步骤：
①
把两个试样用漏斗分别装入△p测定仪的两个试样瓶中；
②
启动真空泵对试样脱气1.5h；
③
脱气1.5h后关闭真空泵，将甲烷瓶与试样瓶相连，充气（充气压力0.1mpa）使煤样吸附瓦斯1.5小时；
④
关闭试样瓶与甲烷瓶阀门，使试样瓶与甲烷瓶隔离；
⑤
开动真空泵对仪器死空间进行脱气，使u形管汞真空计两端汞面相平；
⑥
停止真空泵，关闭仪器死空间通往真空泵的阀门，打开试样瓶的阀门，使煤样瓶与仪器被抽空的死空间相连并同时启动秒表计时，10秒时关闭阀门，读出汞柱计两端汞柱差p1(mm)，45秒时打开阀门，60秒时关闭阀门，再一次读出汞柱计两端的压差p2(mm)。
⑦
计算瓦斯放散初速度指标
△p=p2－p1

D. 如何测定煤矿瓦斯流量

可用奥式气体分析仪测定煤矿气体组分，
分析步骤
（1）首先检查分析仪器的密封情况。关闭所有旋塞观察三分钟，如果液面没有变化说明不漏气。
（2）将样气送入量气管然后全部排出，置换三次，确保仪器内没有空气。准确量取样气100ml为V1。读数时保持封闭液瓶内液面与量气管内液面水平。
（3）第一个吸收瓶的作用是吸收二氧化碳。因为氢氧化钾溶液可以吸收CO2及少量H2S等酸性气体，而其他组分对之不干扰，故排在第一。
将样气送入二氧化碳吸收瓶，往返吸收最少8次，然后将样气送入量气管读数，再往返吸收两次后重新读数，如果两次度数一致说明气体完全吸收，吸收至读数不变记为V2。
反应化学方程式：CO2+2KOH=K2CO3+H2O
CO2+KOH=KHCO3
（4）第二个吸收瓶的作用是吸收不饱和烃。不饱和烃在硫酸银的催化下，能和浓硫酸起加成反应而被吸收。
将样气送入不饱和烃吸收瓶，往返吸收最少18次，然后将样气送入量气管读数，再往返吸收两次后重新读数，吸收至读数不变记为V3。
反应化学方程式：C2H4+H2S2O7=C2H5S2O7•H（磺酸乙烯）
C2H2+H2SO4=C2H4SO4（硫酸乙烯）
（5）第三个吸收瓶的作用是吸收氧气。焦性没食子酸碱性溶液能吸收O2，同时也能吸收酸性气体如CO2，所以应该把CO2等酸性气体排除后再吸收O2。
将样气送入氧气吸收瓶，往返吸收最少8次，然后将样气送入量气管读数，再往返吸收两次后重新读数，吸收至读数不变记为V4。
反应化学方程式：C6H3(OH)3+3KOH=C6H3(OK)3+3H2O
2 C6H3(OK)3+1/2O2=2 C6H2(OK)3+H2O
（6）第四，五，六个吸收瓶作用是吸收一氧化碳。氯化亚铜氨溶液能吸收CO，但此溶液与二氧化碳，不饱和烃，氧气都能作用，因此应放在最后。吸收过程中，氯化亚铜氨溶液中NH3会逸出，所以CO被吸收完毕后，需用5%的硫酸溶液除去残气中的NH3，因为煤气中CO含量高，应使用两个CO吸收瓶。
将样气送入第一个CO吸收瓶往返吸收最少18次，再用第二个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，然后将样气送入量气管读数，再往返吸收两次后重新读数，吸收至读数不变为V5。
反应化学方程式：2CO+Cu2Cl2= Cu2Cl2•2CO
Cu2Cl2•2CO+4NH3+2H2O=2NH4Cl+Cu—COONH4
（7）将样气送入第六个吸收瓶，取剩余样气的1/3送入量气管，在中心三通旋塞处加氧气，将中心三通旋塞按顺时针旋转180°，将氧气送入量气管，混合后量气管读数为100ml，将中心三通旋塞按顺时针旋转45º，把量气管内气体分四次使用高频火花器点火进行爆炸，第一次爆炸体积为10ml左右，第二次爆炸体积为20ml左右，第三次爆炸体积为30ml左右，第四次将剩余气体全部爆炸。冷却后将全部气体送入量气管中，记下量气管读数V6。
反应化学方程式：CH4+2O2=CO2+2H2O
2H2+O2=2H2O（冷凝水量）
（8）将剩余气体送入二氧化碳吸收瓶，往返吸收最少8次，然后将样气送入量气管读数，再往返吸收两次后重新读数，吸收至读数不变记为V7。
反应化学方程式：KOH+CO2=KCO3+H2O
KOH+CO2=KHCO3
（9）通过上述的吸收及燃烧法测定后，剩余的气体体积为N2。
（10）公式计算
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. 风排瓦斯量计算公式有急用，谢谢

QCH4=Q总×C%
米3/分
QCH4―――――――矿井绝对瓦斯涌出量
米3/分
Q总――――――
―矿井总回风量
米3/分
C―――――
―
―矿井回风流中瓦斯浓度
%

F. 煤矿风排瓦斯量的计算方法是什么

计算方法是,根据巷道内积存瓦斯的多少,然后稀释至1%以下所需要的新鲜空气量:
1、 计算密闭巷道内瓦斯量：
Q瓦＝巷道断面S×巷道长度L×瓦斯浓度 % m3
2、 计算稀释瓦斯需要的空气量：
Q空＝Q瓦×100 m3
3、 计算供风时间：
T=Q空÷局扇供风量q ×通风系数K min
注：(1)局扇供风量q为通过测定的局扇实际供风量 m3/min
(2)通风系数取1.2～1.6，视巷道性质及通风难易程度而定，建议取大值
(3)巷道内除瓦斯外的其他气体未予考虑

G. 瓦斯含量，瓦斯压力的直接测定方法有哪些

常用的瓦斯含量测定方法有两类：
一类是直接测定法，即在打钻过程中，遇到煤层后用专用的密闭式岩芯取样器或普通取样器，提取煤样，在实验室内抽取其中所含瓦斯，再加上打钻、取样过程中逸散的瓦斯，除以试样的质量，就是该煤层的瓦斯含量了。
另一类是计算法，即根据测定得到的煤层的瓦斯压力和温度，结合实验室的试验，计算煤层的游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即为该煤层的瓦斯含量。

H. 煤矿瓦斯等级鉴定的相对瓦斯涌出量计算公式与方法和绝对瓦斯涌出量计算公式与方法

一、煤矿瓦斯等级鉴定的相对瓦斯涌出量计算方法

隧道相对瓦斯涌出量为日绝对瓦斯涌出总量与月平均日产煤量的比值。相对瓦斯涌出量可按下式计算：q相=1440×qmac/D

式中：q相-相对瓦斯涌出量，m³/t；qmax-绝对瓦斯涌出量，m³/min；D-月平均日产煤量，t/d。

二、测定期间每个通风回路的绝对瓦斯涌出量可按照下式计算：

q绝=q排+q抽

式中：q绝-测定隧道绝对瓦斯（或二氧化碳）涌出总量，m³/min；q抽-测定隧道抽采瓦斯（或二氧化碳）纯量，m³/min，取鉴定月的平均值；q排-测定隧道日平均风排瓦斯（或二氧化碳）量，m³/min。

(8)瓦斯测定的计算方法扩展阅读：

瓦斯是大量赋存于煤层中的，这个时候如果再结合煤的生产情况来了解瓦斯释放，就必须除一个吨煤参数，这就是相对瓦斯涌出量。

瓦斯是煤矿生产的第一大灾害，瓦斯涌出量是综合体现矿井瓦斯情况的参数，各矿井根据地质结构的不同其赋存也不同，通过这个参数可以了解甚至决定矿井的性质。

I. 矿井煤层瓦斯含量的计算

常用的瓦斯含量测定方法有两类:一类是直接测定法，即在打钻过程中，遇到煤层后用专用的密闭式岩芯取样器或普通取样器，提取煤样，在实验室内抽取其中所含瓦斯，再加上打钻、取样过程中逸散的瓦斯，除以试样的质量，就是该煤层的瓦斯含量了。另一类是计算法，即根据测定得到的煤层的瓦斯压力和温度，结合实验室的试验，计算煤层的游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之和，即为该煤层的瓦斯含量。

J. 瓦斯( 煤层气) 资源量计算方法

( 1) 计算程序

①资源量计算边界: 瓦斯地质图中标有瓦斯风氧化带的区域可直接圈出，不进行储量计算。煤层含气量、煤层厚度下限值由瓦斯含量等值线、钻孔数据进行确定 ( 下限标准可参考 《煤层气资源/储量规范》) 。

②资源量计算单元的划分: 原则是把气田内具有相同或相近煤层气赋存特征的储层划为一个单元。划分单元首选气藏地质边界，如断层、尖灭、剥蚀等; 然后结合气藏计算边界，其中达不到产量下限的煤层净厚度边界、含气量下限边界和瓦斯风化带边界不加以计算。

③计算单元面积: 面积可通过 AutoCAD 软件 “工具”菜单直接查询，而不再用煤炭储量计算面积常用的直接公式法及网格法，并且这种计算结果十分精确。煤层倾角的变化可由底板等高线的疏密程度进行计算，然后对实际面积进行修正。

④煤层有效厚度: 即整层煤厚去除夹矸厚度，也称净厚度，可以查看邻近钻孔资料，通过测井曲线或者取心整理夹矸厚度，一般与构造煤厚度一并在图上钻孔附近标出。

⑤煤质量密度: 先查找附近的钻孔，查看相应报告可获得煤真密度或视密度数值; 对于计算单元有多个钻孔的情况，可以取其平均值。

⑥资源量计算: 按照矿井瓦斯含量等值线图划分的资源量计算块段，依据每个块段已确定的参数，由公式 ( 1. 1) 计算出各块段煤层气资源量。

( 2) 计算方法

我国地质条件复杂，不同区域煤层赋存条件差异很大，这对煤层气资源量计算过程，含气面积、含气量等参数的确定带来了诸多问题。我国目前煤层气资源量的计算方法主要分为以下几种:

①瓦斯地质统计法。瓦斯地质统计法计算瓦斯资源量，主要是充分运用煤矿开采后获取大量瓦斯地质资料的优势，在编制瓦斯地质图的基础上，运用瓦斯地质和瓦斯涌出规律，建立起与煤层气含量测试数据的对应关系，丰富煤层气预测资料，充实和完善煤层气预测公式。更加实际的编制好煤层气含量等值线图，进行煤层气资源量计算，结合构造煤的分布和构造复杂程度，进行煤层气资源评价和区块分级。瓦斯地质图是瓦斯信息和地质信息系统的高度综合，它全面地反映了瓦斯生成条件、保存条件、抽采的难易程度、瓦斯涌出规律及分区、分带特征;能够比较直观的确定资源量计算边界条件、划分计算单元，提供瓦斯资源量计算过程中所需参数，特别是影响资源量计算精度的关键参数，如含气面积、煤层厚度和含气量等，并能提高参数选取的可靠程度。

②体积法。它是我国目前煤层气储量计算普遍采用的一种方法，适应于各个级别煤层气地质储量计算，在美国很多人也采用。计算公式如下:

河南省瓦斯地质规律研究及煤矿瓦斯地质图编制

式中:C_ad=C_daf(100－M_ad－A_d)/100;G_i为煤层气地质储量，10m;A为煤层含气面积，km²;h为煤层净厚度，m;D为煤的干燥基质量密度，t/m³;C_ad为煤的空气干燥基含气量，m³/t;C_daf为煤的干燥无灰基含气量，m³/t;M_ad为煤中原煤基水分，%;A_d为煤中灰分，%。

计算过程参数主要来源于地质勘探资料，勘探程度越高，参数取值越准确，资源量的结果也越可靠;但对于勘探程度较低或者当前没有勘探的区域，参数的选择人为因素就比较大，资源量计算的结果可靠性就值得怀疑。

③气藏数值模拟法。这种方法是在计算机上利用专用软件对已获得的储层参数和早期的生产数据或试采数据进行拟合匹配，可以获得一个代表储层平均特征的气藏模型和地质储量，也可以估算煤层气井未来的产量状态及可采储量，结果的准确程度是建立在丰富资料和计算精度的基础上。

④类比法。类比法是利用已开发煤层气田(或相似储层)的相关关系计算瓦斯资源量的一种方法。计算区与开发区的地质条件、储层条件等愈相似，计算结果愈准确。由于我国地质条件较为复杂，此方法的局限性较大，只有很少地区能够采用。但如果在煤层气开发初期选区，储量级别要求不高，地质资料比较可靠，利用这种方法参数选择比较快捷、直观。

对于其他计算方法，如蒙特卡罗法、物质平衡法(King，1993)等，由于计算过程复杂或者参数选择困难，不太实用，很少人采用。