前言
本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。
本文件由中国煤炭工业协会提出并归口
本文件起草单位:中煤科工集团重庆研究院有限公司、中煤科工集团沈阳研究院有限公司、煤炭科学技术研究院有限公司、贵州大学、贵州安晟能源有限公司、山东科技大学、晋能控股装备制造集团有限公司、重庆大学、华电煤业集团有限公司、内蒙古黄陶勒盖煤炭有限责任公司、河南理工大学、贵州盘江精煤股份有限公司。
本文件主要起草人:赵旭生、吕贵春、张睿、张志刚、刘志伟、张永将、仇海生、康建宁、胡杰、张庆华韩恩光、常宇、李阳、李希建、陈功华、陈德敏、杨娟、李艳增、王刚、叶王勇、李波波、王鹏博、都海龙、李全贵罗扬、于波、位乐、马鑫、张玉柱、刘琪、莫连红、高磊、张明鹏、凡永鹏、原鹏程、郭敬远、李贤忠、郭鑫、袁本庆、王明仲、刘军、孙朋、刘文、王者鹏、丁红、邓华易、于宝种、苏伟伟。
1 范围
本文件规定了煤矿井下采用等容变压法测定煤层瓦斯含量的取样和仪器仪表要求,给出了全程等容变压法和半程等容变压法测定煤层瓦斯含量的数据采集与数据处理方法、瓦斯含量测定报告内容及测定结果的合格性评判。
本文件适用于煤矿井下采取煤样测定煤层的原始瓦斯含量和残余瓦斯含量
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 212 煤的工业分析方法
GB/T 217 煤的真相对密度测定方法
GB/T 6949 煤的视相对密度测定方法
GB/T 13610 天然气的组成分析 气相色谱法
GB/T 15663.8 煤矿科技术语 第8部分:煤矿安全
GB/T 30732 煤的工业分析方法 仪器法
MT/T 752 煤的甲烷吸附量测定方法(高压容量法)
3 术语和定义
GB/T 15663.8界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 等容变压法 isochoric pressure variation method
将采取的新鲜煤样装入固定容积的煤样罐密封,通过罐内气体压力变化数据测算解吸瓦斯量、推算损失瓦斯量,结合粉碎解吸瓦斯量和终压残留瓦斯量(或残存瓦斯量),从而获得煤层瓦斯含量的方法
注:包括全程等容变压法和半程等容变压法。
3.2 全程等容变压法 isochoric pressure variation method throughout the process
煤样损失瓦斯量、粉碎前解吸瓦斯量、粉碎解吸瓦斯量和终压残留瓦斯量均采用气体压力测算的煤层瓦斯含量测定方法。
3.3 半程等容变压法 isochoric pressure variation method for half the process
通过煤样罐内气体压力变化推算煤样损失瓦斯量,结合常压条件直接测定的粉碎前解吸瓦斯量、粉碎解吸瓦斯量以及测算残存瓦斯量的煤层瓦斯含量测定方法。
3.4
定点取样 fixed-point sampling
通过钻孔采集孔底新鲜煤样且不受掺混影响的煤样采取方式
3.5
密闭取样 sealed sampling
将孔底煤样直接密封在密闭取样装置密封舱内并取出钻孔的定点取样方式
3.6
煤样暴露时间 coal sample exposure time
煤样自孔底被剥落时刻起到装入煤样罐(或密闭取样装置密封舱)结束并开始计量解吸瓦斯时刻所经历的时长。
3.7
损失瓦斯量 losing gas content
煤样在暴露时间内逸散掉的瓦斯体积量。
3.8
残存瓦斯量 residual gas content
标准粉碎煤样(粉碎后0.25 mm 粒径以下的质量占比不小于95%的煤样)在常压状态下经充分解吸后仍吸附在煤样中的瓦斯量。
注:单位为立方米每吨(m
3
/t)。
3.9
粉碎前解吸瓦斯量 gas desorption before crushing
煤样自装入煤样罐密封开始至粉碎前所解吸出的瓦斯体积量。
3.10
粉碎解吸瓦斯量 gas desorption after crushing
煤样自粉碎时刻开始,至粉碎到标准粉碎煤样且瓦斯解吸速度小于规定限值时所解吸出的瓦斯体积量。
3.11
终压残留瓦斯量 residual gas content at the final pressure
密封状态下,煤样粉碎至标准粉碎煤样后且煤样罐内压力基本稳定时煤样中仍吸附的瓦斯量
注:单位为立方米每吨(m
3
/t)。
4 取样要求
4.1 煤样应从新暴露的孔底采用定点取样方式采取。采用刀片旋转方式粉碎煤样时,不应采用水力排渣工艺钻取煤样。
4.2 煤样暴露时间不应超过5 min。
4.3 测定用煤样不应有研磨烧焦情况,不应用水清洗,应剔除矸石,保持自然状态,装罐煤样质量宜为150 g~200 g,采用全程等容变压法测定时,应筛取1 mm~10 mm 粒径,采用半程等容变压法测定时,应选取较大粒径。密闭取样时,取入密闭取样装置密封舱的煤样量应不少于150 g。
4.4 取样过程应做好记录(见附录 A 中的表 A.1或表 A.2)。
5 全程等容变压法
5.1 仪器仪表
采用全程等容变压法测定时,应准备符合下列要求的仪器仪表:
a) “解吸-粉碎”煤样罐(见图1):容积600mL~1000mL,在600kPa压力下应保持气密性;绝压采集器量程 0kPa~700kPa ,精度等级优于或等于0.1级;温度采集器量程 0°C ∼50°C ,精度 ±0.1 ℃ ;空载条件下粉碎刀片的旋转速度不应低于 15000r/min ,且具备在规定时间内将煤样粉碎至标准粉碎煤样的能力;
b) 称重仪:量程0 g~500 g ,精度优于或等于±0.1 g;
c) 分样筛:孔径1 mm 和10 mm 各1个;
d) 计时器:秒级。
标引序号说明:
1———罐体;
2———罐盖;
3— —— 绝压采集器;
4———温度采集器;
5———阀门;
6———粉碎刀片。
图1 “解吸-粉碎”煤样罐示意图
5.2 测定前的准备
5.2.1 “解吸-粉碎”煤样罐使用前应在环境温度相对稳定的条件下进行静态气密性和动态气密性检测。静态气密性检测时,应向罐内注入压力600 kPa~650 kPa的空气,静置30 min后压降不大于0.1 kPa为合格;静态气密性检测合格后直接进行动态气密性检测,使粉碎刀片在不小于15000 r/min状态下连续旋转5 min,停止旋转30 min后,与注入压力相比压降不大于0.1 kPa为合格。
5.2.2 粉碎前数据采集开始前,“解吸-粉碎”煤样罐的阀门应处于完全开启状态。
5.2.3 采用电池供电的仪器仪表应确保电池电量充足。
5.3 数据采集
5.3.1 粉碎前数据采集
将称取的煤样装入“解吸-粉碎”煤样罐,采集1次绝压采集器压力值,随后快速拧紧罐盖并关闭阀门完成密封。自阀门关闭时刻开始,每1 min至少采集1次罐内气体压力值和温度值,连续采集时间10 min~30 min。采集的数据参照表 A.1记录。
5.3.2 粉碎后数据采集
粉碎前数据采集结束后,立即对煤样进行连续粉碎。粉碎时间根据煤的软硬程度确定,煤的坚固性系数(f)小于或等于0.5时宜为3 min、大于0.5时宜为3 min~5 min。粉碎结束且静置不小于10 min后,采集1次罐内气体压力值和温度值。采集的数据参照表 A.1记录。
5.4 数据处理
5.4.1 粉碎前解吸瓦斯量计算
5.4.1.1 按公式(1)将5.3.1粉碎前数据采集结束时刻“解吸-粉碎”煤样罐内的气体压力值换算为气体体积量,即为粉碎前解吸瓦斯量。其中,TRD(煤的真相对密度)应采用瓦斯含量测定取样点所处采(盘)区内同一煤层的测试数据,按 GB/T 217进行测定
V1 = ((P1 - P0) × (Vg - m / TRD))/101.3(1)
式中:
V1 粉碎前解吸瓦斯量,单位为毫升(mL);
P1 粉碎前数据采集结束时刻“解吸-粉碎”煤样罐内气体压力值,单位为千帕(kPa);
P0 测试地点大气压力(“解吸-粉碎”煤样罐阀门关闭前采集的绝压采集器压力值),单位为千帕(kPa);
Vg “解吸-粉碎”煤样罐容积,单位为毫升(mL);
m 煤样质量(空气干燥基质量),单位为克 (g)
TRD ———煤的真相对密度,单位为克每立方厘米 (g/cm3)
5.4.1.2 按公式(2)将粉碎前解吸瓦斯量换算为标准状态粉碎前解吸瓦斯量
V1prime = (273.2 timesV1)/(273.2 + T1) (2)
式中:
V1prime 标准状态粉碎前解吸瓦斯量,单位为毫升(mL);
T1 粉碎前数据采集结束时刻“解吸-粉碎”煤样罐内温度,单位为摄氏度(℃)。
5.4.2 损失瓦斯量计算
5.4.2.1 按公式(1)将5.3.1中每分钟采集的“解吸-粉碎”煤样罐内气体压力值 P1t 换算为气体体积量
V1t ,再按公式(2)换算为标准状态气体体积量 V1tprime 。采集结束时刻罐内气体压力值为 P1 、气体体积量为 V1 。
5.4.2.2 煤样暴露时间按公式(3)进行换算。
t0 = t02 - t01
式中:
t0 煤样暴露时间,单位为分(min),保留一位小数;
t02 “解吸-粉碎”煤样罐密封完毕时刻(粉碎前数据采集开始时刻),表示形式为时:分:秒;
t01 煤样自孔底被剥落时刻(取样开始时刻),表示形式为时:分:秒
5.4.2.3 损失瓦斯量按公式(4)采用拟合法进行计算。计算时应选取5.4.2.1标准状态气体体积量 V1tprime
中初始一段时间(不少于 10 min)与 (t+t0)α 呈直线关系的数据。
V1tprime = K (t + t0)α - V0prime(4)
式中:
V1tprime 粉碎前第 分钟采集的数据对应的标准状态气体体积量,单位为毫升(mL);
K 初始瓦斯解吸强度系数;
t ——— 粉碎前采集的数据对应的累计时长,单位为分 (min), t=1,2,3… ;
α 瓦斯解吸特征参数,取值范围为 0 < α ≤0.5 ,煤样粒径较小时取较小值,煤样粒径较大时取较大值;
V0prime 标准状态损失瓦斯量,单位为毫升(mL)。
5.4.3 粉碎解吸瓦斯量计算
5.4.3.1 粉碎解吸瓦斯量按公式(5)进行计算。
V2 = ((P2 - P0) × (Vg - m / TRD) × (273.2 + T1))/(101.3 × (273.2 + T2)) - V1(5)
式中:
V2 粉碎解吸瓦斯量,单位为毫升(mL);
P2 粉碎完成并静置稳定后“解吸-粉碎”煤样罐内气体压力值,单位为千帕 (kPa) ;
T1 粉碎前数据采集结束时刻“解吸-粉碎”煤样罐内温度,单位为摄氏度 (℃)
T2 粉碎完成并静置稳定后,“解吸-粉碎”煤样罐内温度,单位为摄氏度(℃);
V1 粉碎前解吸瓦斯量,单位为毫升(mL)。
5.4.3.2 按公式(6)将粉碎解吸瓦斯量换算为标准状态粉碎解吸瓦斯量
V2prime = (273.2V2)/(273.2 + T1) (6)
式中:
2— 标准状态粉碎解吸瓦斯量,单位为毫升(mL)。
5.4.4 终压残留瓦斯量计算
终压残留瓦斯量按公式(7)进行计算 a, b, Mad, Aad, F, ARD 应采用瓦斯含量测定取样点所处采(盘)区内同一煤层的测试数据。其中, ，a、b 按 MT/T 752进行测定, Mad 、 Aad 按 GB/T 212或 GB/T 30732进行测定,ARD按 GB/T 6949进行测定。
Wcl = (0.001P2 ab)/(1 +0.001P2 b) × (100 - Aad - Mad)/100 × 1/(1 +0.31Mad) × eC × (30 - T2) + (0.001P2 F)/(10 ARD) (7)
式中:
Wcl 终压残留瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t) ,保留两位小数;
a 煤的瓦斯吸附常数,单位为立方厘米每克 (cm3/g) ;
b 煤的瓦斯吸附常数,单位为兆帕负一次方 (MPa-1) ;
Aad 煤的空气干燥基灰分,%;
Mad 煤的空气干燥基水分,%;
C 修正系数, C=0.02/(0.993+0.000 07P2) ),保留两位小数;
ARD ——— 煤的视相对密度,单位为克每立方厘米 (g/cm3) ;
F 煤的孔隙率,%, F=(1-ARD/TRD)×100 %。
5.4.5 煤层瓦斯含量计算
5.4.5.1 单位质量煤样的损失瓦斯量、粉碎前解吸瓦斯量、粉碎解吸瓦斯量按公式(8)进行计算。
Wi = (Viprime)/m(8)
式中:
Wi 各阶段单位质量煤样的瓦斯量 (i=0,1,2 ,分别代表损失瓦斯量计算阶段、粉碎前解吸瓦斯量测算阶段、粉碎解吸瓦斯量测算阶段),单位为立方米每吨 (m3/t) ,保留两位小数;
Viprime 各阶段标准状态瓦斯量,单位为毫升(mL)。
5.4.5.2 煤层瓦斯含量按公式(9)进行计算。
W = W0 + W1 + W2 + Wcl(9)
式中:
W 煤层瓦斯含量,单位为立方米每吨 (m3/t) ),保留两位小数;
W0 单位质量煤样损失瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t)
W1 单位质量煤样粉碎前解吸瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t) ;
W2 单位质量煤样粉碎解吸瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t)
5.4.6 煤的可解吸瓦斯量计算
5.4.6.1 计算煤的可解吸瓦斯量时,应先获得残存瓦斯量。残存瓦斯量可取瓦斯含量测定取样点所处采(盘)区内同一煤层的已有实测数据(不少于3个测试点的平均值),也可按附录 B实测。当瓦斯含量测定取样点处于煤层甲烷带时,可按公式(10)进行计算。
Wc = 0.1ab/(1 +0.1b) × (100 - Aad - Mad)/100 × 1/(1 +0.31Mad) + 0.1F/(10 ARD)(10)
式中:
Wc 残存瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t) ,保留两位小数。
5.4.6.2 煤的可解吸瓦斯量按公式(11)进行计算。
Wa = W - Wc(11)
式中:
Wa 煤的可解吸瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t) ,保留两位小数。
6 半程等容变压法
6.1 仪器仪表
采用半程等容变压法测定时,应准备符合下列要求的仪器仪表:
a) 解吸煤样罐(见图2):容积为400mL~800mL,在600kPa压力下应保持气密性;绝压采集器量程0kPa~700kPa ,精度等级优于或等于 0.1 级;温度采集器量程 0°C ∼50°C ,精度±0.1 ℃ ;
b) 密闭取样装置(密闭取样时,见图3):符合6.1a)的要求,且应具备数据自动采集和存储功能;
c) 煤样罐(密闭取样测定需要时):容积不小于400 mL,在1.0 MPa压力下应能保持气密性;
d) 粉碎机:具备在规定时间内将煤样粉碎至标准粉碎煤样的能力(采用刀片旋转方式粉碎时,空载条件下粉碎刀片的旋转速度不应低于15000 r/min);
e) 瓦斯解吸计量仪:单根量管的量程应不小于800 mL,最小刻度不大于5 mL;
f) 称重仪、计时器:符合5.1的要求。
标引序号说明:
1———罐体;
2———罐盖;
3— —— 绝压采集器;
4——— 温度采集器;
5———阀门。
标引序号说明:
1,7———变接头;
2 密闭阀门;
3 ——— 密封舱;
4 ——— 绝压采集器;
5 ——— 温度采集器;
6 ——— 放气阀门;
a 接钻头;
b ———接钻杆。
图3 密闭取样装置示意图
6.2 测定前的准备
6.2.1 解吸煤样罐(或密闭取样装置密封舱)使用前应按5.2.1进行静态气密性检测,粉碎前数据采集开始前,阀门应处于完全开启状态(密闭取样装置放气阀门应处于关闭状态,绝压采集器和温度采集器应处于工作状态)。
6.2.2 测定过程需要的煤样罐,使用前应在环境温度相对稳定的条件下进行气密性检测。检测时,向罐内注入压力1.0 MPa~1.1 MPa的空气,静置12 h后压降不应大于0.1 kPa。
6.2.3 瓦斯解吸计量仪在使用前应进行气密性检测。检测时,将量管灌满清水并调整液面至零刻度,静置至少10 min,量管内液面不应下降。
6.2.4 采用电池供电的仪器仪表应确保电池电量充足。
6.3 数据采集
6.3.1 粉碎前数据采集
6.3.1.1 采用解吸煤样罐装取煤样时,煤样装罐后应先采集1次绝压采集器压力值,随后快速拧紧罐盖并关闭阀门完成密封。自关闭阀门时刻开始,每1 min至少采集1次罐内气体压力值和温度值,连续采集时间10 min~30 min,用于损失瓦斯量推算。之后将解吸煤样罐送至测试地点,参照图4连接瓦斯解吸计量仪,记录瓦斯解吸计量仪液面初值后,缓慢打开阀门进行放气(将解吸煤样罐内压力释放至常压),直至连续5 min内无瓦斯解吸为止(放气量即为粉碎前解吸瓦斯量),记录瓦斯解吸计量仪液面终值、测试地点大气压力和环境温度,填入表 A.2。
6.3.1.2 密闭取样时,自密闭取样装置密闭阀门关闭时刻起,每1 min至少采集1次密封舱内压力值和温度值,连续采集时间应不少于 10 min,用于损失瓦斯量推算。密闭取样装置取出钻孔后,应先按6.3.1.1的放气要求释放密封舱内的瓦斯并计量体积量(放气量即为粉碎前解吸瓦斯量),之后取出全部煤样称重。取样地点具备将全部煤样或至少150 g较大粒径煤样在5 min内一次性粉碎至标准粉碎煤样条件时,宜立即粉碎并测定粉碎解吸瓦斯量;取样地点不具备粉碎条件时,应称取至少 150 g 粒径较大煤样装入煤样罐密封,之后送至测试地点,按6.3.1.1的放气要求二次放气后再测定粉碎解吸瓦斯量(二次放气量计入粉碎前解吸瓦斯量)
标引序号说明:
1———瓦斯解吸计量仪;
2———清水;
3———出水口;
4———进气口;
5———胶管;
6———阀门出气口;
7———解吸煤样罐(或密闭取样装置密封舱,或煤样罐)。
图4 粉碎前数据采集仪器连接示意图
6.3.2 粉碎后数据采集
6.3.2.1 完成粉碎前数据采集后,连接粉碎机和瓦斯解吸计量仪(参照图4),记录瓦斯解吸计量仪液面初值,将全部煤样转移至粉碎机进行连续粉碎,粉碎时间应能满足将煤样粉碎至标准粉碎煤样的要求 (采用刀片旋转方式粉碎时,粉碎时间按5.3.2确定),直至粉碎结束后连续5 min内无瓦斯解吸为止,记录瓦斯解吸计量仪液面终值、测试地点大气压力和环境温度。
6.3.2.2 当煤样为湿煤样时,应在粉碎前称取适量煤样采用水分测定仪测定煤样水分,用于各阶段煤样质量校正。测定水分的煤样质量应从全部煤样质量中扣除。
6.3.2.3 采集和测试数据参照表 A.2进行记录。
6.4 数据处理
6.4.1 粉碎前解吸瓦斯量计算
按公式(12)将6.3.1.1(或6.3.1.2)测定的粉碎前解吸瓦斯量换算为标准状态粉碎前解吸瓦斯量(当密闭取样且有两次放气环节时应分别换算)。
V1prime = (273.2P0 V1)/(101.3 ×(273.2 + T0)) (12)
式中:
V1prime 标准状态粉碎前解吸瓦斯量,单位为毫升(mL);
P0 测试地点大气压力,单位为千帕(kPa);
V1 粉碎前解吸瓦斯量,单位为毫升(mL);
T0 测试地点环境温度,单位为摄氏度(℃)。
6.4.2 损失瓦斯量计算
按公式(1)将6.3.1中每分钟采集的解吸煤样罐(或密闭取样装置密封舱)内气体压力值 P1t 换算为气体体积量 V1t ,之后按公式(2)换算为标准状态气体体积量 V1tprime ,再按5.4.2.2和5.4.2.3计算损失瓦斯量(密闭取样时 t02 为密闭取样装置密闭阀门关闭时刻)。
6.4.3 粉碎解吸瓦斯量计算
按公式(12)将6.3.2.1测定的粉碎解吸瓦斯量 V2 换算为标准状态粉碎解吸瓦斯量 V2prime
6.4.4 残存瓦斯量测算
按5.4.6.1规定的方法进行测算。
6.4.5 煤层瓦斯含量计算
6.4.5.1 各阶段单位质量煤样的瓦斯量按公式(8)进行计算。
6.4.5.2 计算时,煤样质量应为相应阶段煤样的空气干燥基质量。湿煤样质量应根据测定的煤样水分和煤的空气干燥基水分换算为空气干燥基质量。
6.4.5.3 煤层瓦斯含量按公式(13)进行计算。
W = W0 + W1 + W2 + Wc(13)
6.4.6 煤的可解吸瓦斯量计算
煤的可解吸瓦斯量按公式(11)进行计算。
7 测定报告与资料存档
7.1 测定报告及记录
7.1.1 煤层瓦斯含量测定过程数据参照表 A.1或表 A.2进行记录(实测残存瓦斯量时还应按表 B.1记录测定过程数据)。取样时有钻孔自然出水、瓦斯喷出或喷孔,测定过程有漏气或渗气、温度数据异常、粉碎后的煤样明显黏结等情况时,应注明。
7.1.2 测定工作完成后应形成煤层瓦斯含量测定报告。报告中应至少包含取样、采用的煤的瓦斯吸附常数及工业分析、各阶段单位质量煤样的瓦斯量、煤层瓦斯含量、测定时间和人员等主要信息 (见附录 C)。
7.2 资料存档
煤层瓦斯含量测定报告及记录应存档,至少包括:
a) 瓦斯含量测定过程记录表;
b) 煤层瓦斯含量测定报告;
c) 采用的煤的瓦斯吸附常数测试报告;
d) 采用的煤的工业分析测试报告;
e) 实测的残存瓦斯量测定记录表。
8 测定结果合格性评判
同时满足下列条件的煤层瓦斯含量测定结果判定为合格:
a) 煤样采取符合第4章的要求;
b) 取样和测定过程未出现7.1.1中所列异常情况;
c) 7.1所列测定报告及记录完整齐全,无错记、漏记现象。
附录 A (资料性)
煤层瓦斯含量测定过程记录表
A.1 全程等容变压法测定过程记录表
全程等容变压法测定过程记录表见表 A.1。
| 取样信息 | 煤矿名称 | 煤层编号 | ||||||
| 取样日期 | 取样地点 | _工作面(巷)_m处 | ||||||
| 钻孔编号 | 钻孔方位角/(°) | |||||||
| 钻孔倾角/(°) | 钻孔类别 | ☐穿层 ☐顺层 | ||||||
| 排渣方式 | ☐风排渣☐水排渣 | 取样方式 | ||||||
| 取样深度/m | 煤样编号 | |||||||
| 装罐煤样质量m/g | 打钻结束时刻/时:分:秒 | |||||||
| 取样开始时刻t01/时:分:秒 | “粉碎-解吸”煤样罐密封完毕时刻t02/时:分:秒 | |||||||
| 煤样暴露时间t0/min | 煤样罐阀门关闭前采集的气压值P0/kPa | |||||||
| 粉碎前数据采集 | 时间t/min | 罐内绝对压力P1t/kPa | 罐内温度T1t/°C | 气体体积量V1t/mL | 标准状态气体体积量V'1t/mL | |||
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| 6 | ||||||||
| 7 | ||||||||
| 8 | ||||||||
| 9 | ||||||||
| 10 | ||||||||
| ... | ||||||||
| 30 | ||||||||
| 粉碎后数据采集 | 粉碎完成静置稳定时刻/时:分:秒 | 粉碎完成静置稳定后煤样罐内绝对压力P2/kPa | 粉碎完成静置稳定后煤样罐内温度T2/°C | 粉碎解吸瓦斯量V2/mL | 标准状态粉碎解吸瓦斯量V'2/mL | |||
| 煤样粉碎时间/min | ||||||||
| 备注 | ||||||||
取样人:
测试人:
A.2 半程等容变压法测定过程记录表
半程等容变压法测定过程记录表见表 A.2。
| 取样信息 | 煤矿名称 | 取样日期 | 煤层编号 | ||||||||||
| 煤样编号 | 取样地点 | ____工作面(巷)____m处 | |||||||||||
| 钻孔编号 | 钻孔方位角/(°) | 钻孔倾角/(°) | |||||||||||
| 钻孔类别 | ☐穿层 ☐顺层 | 排渣方式 | ☐风排 ☐水排 | 取样深度/m | |||||||||
| 取样方式 | |||||||||||||
| 打钻结束时刻/时:分:秒 | 取样开始时刻t01/时:分:秒 | 解吸煤样罐(或密封舱)密封完毕时刻t02/时:分:秒 | |||||||||||
| 煤样暴露时间t0/min | |||||||||||||
| 粉碎前数据采集 | 时间t/min | 罐(密封舱)内绝对压力P1t/kPa | 罐(密封舱)内温度T1t/°C | 气体体积量V1t/mL | 标准状态气体体积量V'1t/mL | ||||||||
| 1 | |||||||||||||
| 2 | |||||||||||||
| 3 | |||||||||||||
| 4 | |||||||||||||
| 5 | |||||||||||||
| 6 | |||||||||||||
| 7 | |||||||||||||
| 8 | |||||||||||||
| 9 | |||||||||||||
| 10 | |||||||||||||
| ...... | |||||||||||||
| 30 | |||||||||||||
| 放气次数 | 相应煤样质量/g | 测试地点大气压力P0/kPa | 测试地点环境温度T0/°C | 瓦斯解吸计量仪液面初值/mL | 瓦斯解吸计量仪液面终值/mL | 粉碎前解吸瓦斯量V1/mL | 标准状态粉碎前解吸瓦斯量V'1/mL | ||||||
| 1 | |||||||||||||
| 2 | |||||||||||||
| 粉碎后数据采集 | 瓦斯解吸计量仪液面初值/mL | 瓦斯解吸计量仪液面终值/mL | 粉碎解吸瓦斯量V2/mL | 标准状态粉碎解吸瓦斯量V'2/mL | |||||||||
| 粉碎煤样质量/g | 湿煤样水分/% | 测试地点大气压力P0/kPa | 测试地点环境温度T0/°C | ||||||||||
| 备注 | |||||||||||||
取样人:
测试人:
附录 B (规范性)
B.1 仪器和设备
采用干式脱气法进行残存瓦斯量测定时,应准备符合下列要求的仪器和设备:
a) 脱气煤样罐:容积300 mL~500 mL,极限真空度条件下保持30 min后,罐内绝对压力增加值不大于400 Pa;
b) 真空泵:抽气速率不小于3 L/min,极限真空度小于4 Pa;
c) 脱气装置:
1) 脱气罐容积不小于900 mL,气密性满足 B.1a)的要求;
2) 脱气罐内绝压采集器量程0kPa~200kPa、精度等级优于或等于0.1级;脱气罐内温度采集器量程 0°C ∼50°C 、精度±0.1 ℃;测试地点大气压力采集器的量程和精度同脱气罐内绝压采集器;
3) 具备脱气罐内放散空间动态体积自动计算功能,计算精度优于或等于±1 mL,分辨率优于或等于0.1 mL。
d) 恒温水浴:最高工作温度 95°C∼100°C ;
e) 气样袋:至少2个,容积应能满足收集脱出气体量的需要。
B.2 脱气系统气密性检测
B.2.1 应定期对脱气系统(含脱气煤样罐)进行气密性检测,检测周期根据日常使用频次进行确定。脱气系统检修、更换部件或超过6个月未使用时,使用前应至少进行1次气密性检测。气密性合格标准为极限真空度条件下静置30 min后脱气罐内绝压采集器的增加值不大于400 Pa。
B.2.2 煤样脱气前应对脱气系统进行气密性检测,检测时将脱气系统(不含脱气煤样罐)连接好,使脱气罐的活塞处于最大放散空间位置并锁定,开启真空泵对脱气系统抽真空,达到极限真空度时停泵,静置10 min后脱气罐内绝压采集器的增加值不大于133 Pa为合格。气密性检测合格后,将脱气系统恢复常压待用状态。
B.3 脱气煤样要求
脱气煤样应同时符合下列要求:
a) 由采取的干煤样经粉碎后制成标准粉碎煤样,质量为 150 g~200 g;
b) 制备完成后应在空气中暴露10 min,之后立即脱气。无法立即脱气时,应装入脱气煤样罐密封,24 h内完成脱气。
B.4 测定步骤
B.4.1 将装有脱气煤样并密封后的脱气煤样罐和气样袋按图 B.1与脱气装置连接,先使脱气煤样罐处于常温环境进行常温脱气,之后再进行加温脱气。
标引序号说明:
1———恒温水浴;
8 ———脱气装置;
2———阀门;
9 ———放散空间;
3———脱气煤样罐;
10———活塞;
4———气样袋;
11———脱气罐;
5———脱气罐内绝压采集器;
12———真空泵绝压传感器;
6———脱气罐内温度采集器;
13———真空泵。
7———测试地点大气压力采集器(绝对压力);
图 B.1 真空脱气系统示意图
B.4.2 保持脱气煤样罐阀门处于关闭状态、阀门 V1处于开启状态,关闭阀门 V2、V3,启动脱气装置,将活塞拉至脱气罐最大放散空间位置并锁定;之后启动真空泵并缓慢打开阀门 V3,对脱气罐继续抽真空,至脱气罐内压力达到极限真空度后停泵并关闭阀门 V3
B.4.3 打开脱气煤样罐阀门对煤样进行脱气,脱气时间为30 min,之后关闭阀门 V1,解锁并缓慢推动活塞,同时观察脱气罐内绝压采集器示值,当与测试地点大气压力采集器示值相等时,读取此时放散空间体积 v(即为脱出的气体体积量)、脱气罐内温度 T、脱气罐内绝对压力 P 及测试地点大气压力 P0 填入表 B.1。之后打开阀门 V2,继续推动活塞将脱气罐内的气体全部推入气样袋,关闭阀门 V2和煤样罐阀门,完成常温脱气。
B.4.4 将脱气煤样罐放入工作温度处于95℃~100℃的恒温水浴中(水位高度应能没过脱气煤样罐罐盖),重复B.4.2~B.4.3进行加温脱气。当30 min脱出的气体体积量小于10 mL时,可结束脱气。加温脱气过程可不取气样,但应将脱出的气体推入气样袋,送室外处理
B.4.5 脱气结束后,应立即对 B.4.3采集的气样进行气体组分分析,分析方法按 GB/T 13610进行,分析结果填入表 B.1。
B.5 数据处理
B.5.1 按公式(B.1)将各次脱气量换算为标准状态脱气量。
vnprime = (273.2 timesP0n timesvn)/(101.3 (273.2 + Tn)) (1)
vnprime 第 n 次标准状态脱气量 (n=1,2,3⋯) ,单位为毫升(mL);
Vn 第 n 次脱气量,单位为毫升(mL);
P0n 第 次脱气完成时测试地点大气压力(绝对压力),单位为千帕(kPa);
Tn 第 n 次脱气完成时脱气罐内温度,单位为摄氏度(℃)。
B.5.2 将各次标准状态脱气量 vnprime 相加得到标准状态累计脱气量 V'
B.5.3 根据气体组分分析结果,按公式(B.2)将标准状态累计脱气量换算为标准状态无空气累计脱气量。
Vprimeprime = (Vprime × [ 100 -4.57c (O2) ])/100(2)
V'' 标准状态无空气累计脱气量,单位为毫升(mL);
V' 标准状态累计脱气量,单位为毫升(mL);
(O2)—— 气体组分中氧气体积分数,%。
B.5.4 残存瓦斯量按公式(B.3)进行计算。
Wc = (Vprimeprime)/m(3)
Wc 残存瓦斯量,单位为立方米每吨 (m3/t) ,保留两位小数;
m ——— 脱气煤样质量(空气干燥基质量),单位为克 (g)
B.6 测定记录
残存瓦斯量测定按表 B.1进行记录
| 煤矿名称 | 采(盘)区名称 | |||||||
| 煤层编号 | 取样地点 | _工作面(巷)_m处 | ||||||
| 取样时间 | 煤样编号 | |||||||
| 脱气煤样制备完成时间 | _年_月_日_时 | |||||||
| 脱气阶段 | 脱气次数n | 开始时间/时:分 | 结束时间/时:分 | 脱气量vn/mL | 脱气罐内绝对压力Pn/kPa | 脱气罐内温度Tn/°C | 测试地点大气压力P0n/kPa | 标准状态脱气量vn/mL |
| 常温阶段 | 1 | |||||||
| 加温阶段 | 1 | |||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| ...... | ||||||||
| 气体组分 | CH4:_% CO2:_% O2:_% N2:_% 其他气体:_% | |||||||
| 标准状态累计脱气量V'/mL | 标准状态无空气累计脱气量V''/mL | |||||||
| 脱气煤样质量m/g | 残存瓦斯量Wc/(m3/t) | |||||||
| 备注 | ||||||||
取样人:
测试人:
审核人:
附录 C (资料性)
煤层瓦斯含量测定报告
煤层瓦斯含量测定报告见表 C.1。
| 煤矿名称 | 取样日期 | ||
| 煤层编号 | 煤样编号 | ||
| 取样地点 | ___工作面(巷)___m处 | 钻孔编号 | |
| 钻孔方位角/(°) | 钻孔倾角/° | ||
| 钻孔类别 | ☐穿层 ☐顺层 | 排渣方式 | ☐风排渣 ☐水排渣 |
| 取样方式 | |||
| 取样深度/m | 煤样质量m/g | ||
| 测定方法 | ☐全程等容变压法 ☐半程等容变压法 | ||
| 各阶段瓦斯量 | 测定结果/(m3/t) | ||
| 单位质量煤样损失瓦斯量W0 | |||
| 单位质量煤样粉碎前解吸瓦斯量W1 | |||
| 单位质量煤样粉碎解吸瓦斯量W2 | |||
| 终压残留瓦斯量Wcl | |||
| 残存瓦斯量Wc | ☐计算法 ☐脱气法 | ||
| 煤层瓦斯含量W | |||
| 煤的可解吸瓦斯量Wa | |||
| 煤的瓦斯吸附常数 | a值: ________ b值: ________ | ||
| 煤的工业分析 | 水分Mad: ________% 灰分Ad: ________% 挥发分Vdaf: ________%真相对密度TRD: ______% 视相对密度ARD: ______% 孔隙率F: ________% | ||
| 测定结果评判 | ☐合格 ☐不合格 | ||
取样人:
测试人:
审核人:
负责人:
报告出具时间:
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