鉆孔多級流量計在實測煤層透氣性系數中的應用

采用徑向流量法實測煤層透氣性系數， 使用 ZLD-2 型鉆孔多級流量計測定鉆孔流量，應用 Excel 處理數據，操作簡便，結果準確。 測算結果表明玉舍中井煤礦 9# 煤層的透氣性系數約為 0.033～0.076 m2/（MPa2·d），屬于瓦斯難以抽放類型。

0.引言

煤層透氣性系數是用來表征瓦斯在煤體中流動難易程度的一項參數，是用來評價煤層中瓦斯抽采難易程度的一項重要參考指標，對煤層瓦斯抽采設計具有重要參考意義。 其物理意義：在 1 m 長的煤體上，當壓力平方差為 1 MPa2 時，每日流過 1 m2 煤層斷面的瓦斯量（m3）。 而煤層透氣性系數的測試往往采用現場實測的鉆孔徑向流量法，該方法由周士寧院士提出，現場操作簡便，應用廣泛。

1.煤層透氣性系數的測定方法

1.1計算公式

孔徑向流量法測定煤層透氣性系數的計算公式如表 1 所示。

注：F0. 時間準數 a、b. 系數與指數 p0. 煤層原始的瓦斯壓力 p1. 鉆孔內排放瓦斯時的瓦斯壓力 ， 取 p1＝0.1 MPa r1. 鉆孔半徑 ，m λ. 煤層透氣性系數 ，m2/（MPa2·d） q. 在排放瓦斯時間為 t 時的鉆孔煤壁單位面積瓦斯流量，m3/（m2·d）， q=Q/2πr1L Q. 在時間 t 時的鉆孔流量，m3/d L. 煤孔長度，m t. 從開始排放瓦斯到測量瓦斯流量 q時的時間間隔，d  ɑ. 煤層瓦斯含量系數，m3/（m3·MPa-0.5）。

1.2實測步驟

（1）現場施工鉆孔并密封 ，向原始煤體中施工一個或多個鉆孔，插入鋼管并將鋼管和鉆孔間的部分密封。

（2）流量數據監測 ，通過流量計定期測算鉆孔瓦斯涌出量。

（3）計算煤層透氣性系數，通過 Excel 計算結果。鉆孔位于貴州格木底礦業股份有限公司玉舍中井煤礦 9# 煤層 10903 運輸順槽左幫， 共施工 11 個鉆孔，如圖 1 所示。 其中 6# 孔為增透抽采孔，在該孔采用某種形式的增透方式作業后密封聯抽，其余各孔為監測孔， 其中 3#、8#、10# 孔一直向外涌出瓦斯，對這 3 個孔進行了流量測試。 這 3 個孔的長度 65 m，方位角 203°，傾角 18°，孔口采用 4 分鋼管、聚氨酯和水泥砂漿密封，密封長度 10 m。

3.數據采集

現場數據采集是對這 3 個自然涌出瓦斯鉆孔的瓦斯自然涌出量進行監測，測量儀器為 ZLD-2 型鉆孔多級流量計。

3.1測定原理

向煤層中打一個鉆孔后，鉆孔周邊的煤層瓦斯壓力平衡遭到破壞，鉆孔氣體壓力趨近于大氣壓力p0， 鉆孔周邊一定范圍內的高壓瓦斯便向鉆孔內流動，這一范圍成為流動場。 通過鉆孔孔口流出的瓦斯流過 ZLD-2 型鉆孔多級流量計噴嘴時，由于流速的斷面產生收縮而使得噴嘴的兩側產生壓差，通過壓差可以計算出通過噴嘴的流量的大小。

3.2儀器介紹

采用 ZLD-2 型鉆孔多級流量計，計算瓦斯自然涌出量

3.3多級流量計的使用方法

（1）注水 將多級流量計左右 2 個金屬旋鈕擰至***上端， 通過注射器項多級流量計中注入清水，直至左右液柱的水面都到達“0”刻度線處。

（2）安裝孔板 根據鉆孔涌出的氣體流量的大小選擇不同的孔板， 流量大時選擇孔徑較大的孔板，流量小時選擇孔徑較小的孔板。

（3）連接并讀數 通過軟管連接鉆孔和多級流量計的進氣嘴， 并讀出流量計左右兩側的壓差，單位 mm，記錄孔板的標號和壓差以便計算流量。

（4）計算 將記錄的數值帶入式（1）計算出瓦斯流量，單位：L/min。

4.采用 Excel 進行計算煤層透氣性系數采用 Excel 計算煤層透氣性系數， 首先將煤孔長度 L、鉆孔半徑 r0、原始瓦斯壓力 p0、瓦斯含量系α 值（原始瓦斯壓力 p0、原始瓦斯含量 W0 數據已，含量系數 α 值可通過上述兩數據計算），鉆孔瓦斯流量 Q 及對應的天數 t 值等數據輸入 Excel 中，并編輯公式計算出 q 值和 A 值、B 值，及 λ 值和 B·λ， 對與不同的 F0 區間， 計算出不同的 λ 值和 B·λ 值， 選擇 B·λ 值與 F0 區間吻合的 λ 值即為計算出的煤層透氣性系數

5.計算過程與結果

實測結果如表 3 所示。 煤層透氣性系數隨著天數的增加有衰減趨勢，如圖 2 所示，這與流量的衰減相關，格木底礦業有限公司玉舍中井煤礦 9# 煤層的流量 11 d 后趨于穩定，通過 11~15 d 的流量值測算出的 9# 煤層透氣性系數 0.033～0.076 m2/（MPa2· d），故該煤層的可抽放類型分類為難以抽放。

6.結語

運用 ZLD-2 型多級流量計來測鉆孔流量具有操作簡單、測試準確的優點，通過 Excel 處理數據來計算煤層的透氣性系數只需要編輯好公式，將各參數輸入計算機計算，過程方便快捷，一次編輯計算公式可多次使用，以后每次計算只需要更改幾個參數即可。 煤層透氣性系數計算過程中的煤孔的長度L 值應該為鉆孔的實際長度減去密封長度， 格木底礦業有限公司玉舍中井煤礦 9# 煤層煤層的透氣性系數透氣性系數約為 0.033～0.076 m2/（MPa2·d），煤層的可抽放類型分類為難以抽放型。