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1、ICS 73.020CCS D 09NB中华人民共和国能源行业标准NB/T113292023煤层瓦斯含量井下一站式自动化测定方法Theone-stopautomaticmethodofdeterminingcoalbedgascontentincoalmine2023-10-11发布2024-04T1实施国家能源局发布本文件按照GBT1.I2020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。本文件由煤矿瓦斯治理国家工程研究中心提出。本文件由能源行业煤矿瓦斯治理与利用标准化技术委员会(NEATC27)归口
2、。本文件起草单位：中国矿业大学、平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司、河南理工大学、中国安全生产科学研究院、安徽省质量和标准化研究院、淮南大屯注浆工程有限公司。本文件主要起草人：周福宝、康建宏、王兆丰、王有湃、雷成祥、毕波、刘春、刘应科、张冉、张文秋、杨理强、孙岚坤、吴志坚、孙怀亮。Ill目次前言II1范围12规范性引用文件13术语和定义14仪器设备24.1 一体化煤样解吸-粉碎罐24.2 瓦斯含量自动化测定仪24.3 防爆电子天平或弹簧秤34.4 空盒气压计34.5 温度计34.6 矿用煤样水分快速测定仪44.7 标准筛45样品采集45.1 采样前准备45.2 采样钻孔布置和采样方式45.
3、3 采样步骤45.4 采样时间55.5 采样要求56测定方法与步骤51.1 粉碎前解吸瓦斯量测定51.2 粉碎后解吸瓦斯量测定51.3 损失瓦斯量测定51.4 煤样称重61.5 煤样水分测定61.6 常压不可解吸瓦斯含量测定67 数据处理67.1 瓦斯浓度校正67.2 气体体积校正67.3 损失瓦斯量计算67.4 常压不可解吸瓦斯含量计算77.5 煤层瓦斯含量计算77.6 计算数值精度要求88 测定报告88.1 测定结果88.2 成果资料89测定结果评价8I9.1 评价要求89.2 合格样品89.3 参考样品89.4 报废样品8附录A（资料性）煤层瓦斯含量测定报告10煤层瓦斯含量井下一站式自动
4、化测定方法1范围本文件规定了煤层瓦斯含量井下站式自动化测定的仪器设备结构与技术性能、煤样粉碎前与粉碎后解吸瓦斯量的测定步骤和方法、煤样损失瓦斯量的计算方法及煤层瓦斯含量的计算方法，描述了测定报告的内容及其存储、传输和显示习式本文件适用于煤矿井丁利用解吸法直接测定煤层瓦斯含量。本文件不适用于水力挑准、钻孔积水以及瓦斯喷出钻孔取芯煤样的瓦斯含量测定。2规范性引用文件下列文件中的因容通过文中的规范性引用而构本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的胺本适用于本文件；不注且期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T212煤的工业分析方法GB/T19560煤的高
5、压等温吸附试验方法GB/T23250Z煤层瓦斯含量井下直接测定方法GB/T28848智能气体流量计AQ6206煤矿用高低浓度甲烷传感器3术语和定义下列术语和定义适用于本文件3.1一站式自动化测定方法ne-stopautomaticdeterminationmethog在井下采样地点完成自动零集瓦斯解吸数据、自动计算煤层瓦斯含量、现场实时生成测定报告等所有测定过程的方法。3.2损失瓦斯量lostgascontent煤样在暴露时间内所散失的瓦斯量。3.3粉碎前解吸瓦斯量measurabledesorbedgascontentbeforecrushing在常压状态下，煤样在一体化煤样解吸-粉碎罐内被
6、粉碎之前所解吸的瓦斯量。3.4粉碎后解吸瓦斯量measurabledesorbedgascontentaftercrushing在常压状态下，煤样在一体化煤样解吸-粉碎罐内被粉碎之后所解吸的瓦斯量。3.5常压不可解吸瓦斯含量non-desorbablegascontentatoneatmosphericpressure在常压状态下，粉碎解吸后仍残存于煤样中无法解吸的瓦斯量。4仪器设备4.1一体化煤样解吸-粉碎罐4.1.1一体化煤样解吸-粉碎罐是用于煤样瓦斯解吸和煤样密闭粉碎的多功能装置，应能实现在不打开罐盖的情况下连续测量粉碎前解吸瓦斯量和粉碎后解吸瓦斯量。粉碎煤样时，以井下压风作为动力源，使
7、用气动马达驱动高速旋转刀具在井下直接对煤样进行粉碎，一体化煤样解吸-粉碎罐结构示意图见图1。标引序号说明：1一一出气口；2一一粉碎刀具；气动马达出气口4一一气动马达进气口；5一一气动马达；6阀门：7一一支架。图1一体化煤样解吸-粉碎罐结构示意图4.1.2罐体容积不小于400cm3,在o.2MPa压力下能够保持气密性。4.1.3气动马达转速不小于IOooOrmin,工作压力为0.3MPa-0.8MPa,耗气量不超过700Lmin,扭矩不小于lNm,使用寿命不小于200h。4.2瓦斯含量自动化测定仪4.2.1瓦斯含量自动化测定仪应内置高灵敏度气体检测传感器、本安型电池组、工控机主板、触摸显示2屏、
8、无线蓝牙、USB存储器等部件，瓦斯含量自动化测定仪结构示意图见图2。标引序号说明：1出气口阀门2本安型电河川3气体质量航量计；4甲烷浓度传5进气口阀（J6工控机。图2瓦斯含自动化测定仪结构示意图4.2.2 瓦斯含量自动化测定仪应具备自动记录采样时间、煤样粉碎时间、粉碎前解吸瓦斯量、粉碎后解吸瓦斯量及相应的解吸时间等数据以及根据内置模型自动推算损失瓦斯量的功能，并在井下实时生成测定报告。4.2.3 操作系统宜来自触摸屏人机交互界面，用于接收外界输入的基本参数信息实时显示瓦斯解吸数据和测定结果，以及具有将测定报告导出到USB存储器或者通过无线蓝牙传输到手机终端的功能。4.2.4 瓦斯含量自动化测定
9、仪应为本质安全型设备。4.2.5 2.5气体质量流量计的越程不小于400mLmin,误差不大于0.1nLZmin,且应符合GB/T28848的规定。4.2.6 甲烷浓度传感器的检测范围为10%100%,相对误差不大于10%,且应符合AQ6206的规定。4.2.7 瓦斯含量自动化测定仪每月应进行一次系统检查和传感器校验。4.3防爆电子天平或弹簧秤用于煤样质量称垂，量程不小于500g,感量不大于1g。4 .4空盒气压计用于测量井下环境的大气压力，量程为60kPa110kPa,精度不低于100Pa。4.5 温度计用于测量井下环境的温度，量程为-20C“60C,精度不低于0.4.6 矿用煤样水分快速测
10、定仪用于测定煤样的水分含量，量程为0%20%,精度不低于0.2%。4.7 标准筛用于筛取所需粒径的煤样，标准筛孔径包含Imm和10mm两种规格。5 样品采集5.5 采样前准备井下采集煤样前应完成以下准备工作：a) 一体化煤样解吸-粉碎罐使用前应在地面进行气密性检测；b) 瓦斯含量自动化测定仪使用前应在地面进行气密性检测和故障检测；c) 仪器设备携带至井下待测位置后，将一体化煤样解吸-粉碎罐与瓦斯含量自动化测定仪及井下压风管路连接好，连接方式见图3;d) 开启瓦斯含量自幼化测定仪，通过触摸显示屏输入矿井名称、采样地点、煤层编号、采样编号、采样方式、钻孔倾角、钻孔方位等基础参数信息。1一瓦斯含量自
11、动化测定仪；2胶管；3体化煤样解吸-粉碎罐:4防爆软管；5井下压风管路接头。图3井下一站式自动化测定装置连接示意图5.2 采样钻孔布置和采样方式采样钻孔布置和采样方式应符合GB/T23250的规定。5.3 采样步骤采集煤样时应按照以下步骤：a) 当钻孔打到煤样定点取样深度后，点击瓦斯含量自动化测定仪触摸屏上的“采样开始”按钮，自动记录煤样开始暴露时刻；b) 快速采集煤样并筛分选取所需粒径煤样，装入一体化煤样解吸-粉碎罐，点击瓦斯含量自动化测定仪触摸屏上的“开始解吸”按钮开始测定粉碎前解吸瓦斯量，自动记录煤样开始解吸时刻。5.4 采样时间采样时间（即煤样暴露时间）是指采样开始时刻与煤样在一体化煤
12、样解吸-粉碎罐内开始解吸时刻的时间差。采样时间应控制在20min以内。按照5.3所述采样步骤，采样时间通过点击瓦斯含量自动化测定仪的相应按钮自动计时确定，并且在操作界面上实时显示。5.5 采样要求采集煤样时应满足以下要求a）取出煤样后，对于柱状煤样、采取中间含砰石少的完整的部分，对于粉状及块状煤样，要剔除砰石、泥石及研磨烧焦部分；b）不可用水清洗煤样，应保持自然状态密封装入罐体，不可压实煤样顶部至罐口保留约1/4罐体高度的空隙；c）水分含量大于5%的煤样应废弃,重新钻取煤样进行测*d） 用标准筛筛外选取粒径为1mm-10mm的煤样进行瓦斯含量测定e） 每次采集性础质量不少于；D采样深度符合GB
13、/T23250的规定6测定方法与步聚5.1 粉碎前解喙瓦斯测定5.1.1 将采集的煤样装入一体化煤样解吸粉碎罐后，点击瓦斯含量自动化测定仪触摸屏上的“开始解吸”按钮，进入粉碎前解吸瓦斯量的测定阶段。6.1.2瓦斯含量自动化测定仪每隔0.5s采集次解吸瓦斯的瞬时流量并转搀为累积解吸量，同时将瓦斯解吸数据、解吸时间以及瓦斯浓度同步存储于工控机内存中。连续测量13min后自动停止。6.1.3瓦斯含量自动化测定仪的操作界面上实时显示粉碎前解吸瓦斯量、解吸时间。6.1.4记录井下大气压力井下环境温度，并通过触摸屏操作界面输入系统。6.2 粉碎后解吸瓦斯量测定6. 2.1粉碎前解吸瓦斯量侧定元毕后，系统自
14、动进入粉碎后解吸瓦斯量的测定阶段。瓦斯含量自动化测定仪操作界面上应显示累积的粉碎后解吸瓦斯量以及煤样粉碎时间.打开井下压风管路与气动马达之间的阀门，井下压风系统的压风流人气动马达，对一体化煤样解吸粉碎罐内的煤样进行粉碎。7. 2.2采用启-停间歇方式连续多个循环粉碎煤样，开启压风阀门粉碎30s,然后关闭阀门暂停2min,完成一次粉碎过程，以此方式循环粉碎，直至累积的粉碎后解吸瓦斯量的增加速率小于0.1cnWmin,系统自动记录最终的粉碎后解吸瓦斯量。8. 2.3对于坚固性系数f值不大于0.5的软煤样，循环粉碎次数应不少于3次；对于坚固性系数f值大于0.5且不大于1的中等硬度煤样，循环粉碎次数应
15、不少于4次；对于坚固性系数f值大于1的硬煤样，循环粉碎次数应不少于5次。6.3 损失瓦斯量测定瓦斯含量自动化测定仪按照7.3规定的补偿模型自动计算损失瓦斯量，应将结果显示在系统操作界面上。6.4 煤样称重煤样粉碎解吸结束后，打开一体化煤样解吸-粉碎罐，倒出煤样，使用防爆天平或弹簧秤称重，通过触摸屏操作界面将煤样质量输入系统。6.5 煤样水分测定在井下使用矿用水分含量快速测定仪测定煤样水分，通过触摸屏操作界面将煤样水分输入系统。6.6 常压不可解吸瓦斯含量测定应按照GB/T212和GB/T19560的规定，在地面实验室测定与待测位置相邻且属于同一工作面的煤样灰分、煤样孔隙率、煤样容重、等温吸附常
16、数。通过瓦斯含量自动化测定仪的触摸屏操作界面将这些参数输入系统，系统根据7.4规定的数据处理方法自动计算常压不可解吸瓦斯含量。7数据处理7.1瓦斯浓度校正粉碎前解吸瓦斯量和粉碎后解吸瓦斯量应根据传感器实时检测的瓦斯浓度按公式(1)换算为纯瓦斯体积：QtcdrV-2式中：Q4解吸气体的瞬时流量，单位为立方厘米每秒(Cm3s);Vm累积纯瓦斯解吸量，单位为立方厘米(Cm3);c解吸气体浓度，;r解吸时长，单位为秒。7.2 气体体积校正井下测得的瓦斯解吸体积应进行体积校正，按公式(2)换算至标准状态下(0C,101.325kPa)的气体体积：U_273.15X/.xVm_ii33C(273.15T)
17、匕式中：Vm标准状态下的解吸瓦斯体积，单位为立方厘米(Cm3)；P一一井下测定地点的大气压力，单位为千帕(kPa);T井下测定地点的环境温度，单位为摄氏度(C);7.3 损失瓦斯量计算7.3.1 煤样暴露时间煤样暴露时间(采样时间)按公式(3)计算：式中：to煤样暴露时间，单位为分(min);t采样开始时刻，时：分：秒；b煤样开始解吸测定时刻，时：分：秒。7.3.2煤样损失瓦斯量7.3.2.1损失瓦斯量应根据实测的粉碎前解吸瓦斯规律和煤样暴露时间，利用损失瓦斯量利尝模型拟合计算获得，可选用分数阶基指数法，或者其他经过试验验证有效的方法。7.3.2.2 分数阶幕指数法根据瓦斯解吸量与时间呈基函数
18、关系来计算损失瓦斯量。以煤样暴露后的累计解吸时间为横坐标、标准状态下累积解吸瓦斯量为纵坐标作图，按公式所示的补偿模螫对实测的瓦斯解吸规律进行拟合计算，拟合曲线与纵坐标轴相交的截距即为损失瓦斯量。Vm=(t+1a)0-Vmo式中：t一装罐后的瓦斯解吸时间，单位为分(min);V!t时间内的累积解吸瓦斯量，单位为立方厘米(Cm)t0煤样暴露时间，单位为分(min)；待定常数；V!暴露时间内的损失瓦斯量，单位为立方厘米(Cna)公式为非线性模型，可以在参数约束条件下(KaWo.5)采用非线性共枕梯度法、贝叶斯方法、拟牛顿法等算法进行数据拟合处理。7.3.2.3 其他着法量采用GB/T23250所规定
19、的在意一种方法进行损失瓦斯量计算，但采样时间应控制在5min以内7.4 常压不可解吸凤斯含量计算常压不可解吸瓦斯含量由标准状态卜的吸附瓦斯量与游离瓦斯量构成，按公式计算:式中：W煤样在常压冰态下的不可解吸瓦斯含量，单位为立方厘米每克(Cm);a瓦斯吸附常数，争位为立方厘米每克(Cm);b瓦斯吸附常数单位为每兆帕(MPa)；A4灰分，%;Ma水分，%;煤样的孔隙率，单位为立方属米每立方厘米(CmyCm3);Y一煤样的容重，单位为克每立方厘米gcm%7.5 煤层瓦斯含量计算(6)煤层瓦斯含量等于单位质量煤样的粉碎前解吸瓦斯量、单位质量煤样的粉碎后解吸瓦斯量、单位质量煤样的损失瓦斯最、常压不可解吸瓦
20、斯含量:四部分之和，按公式计算：+Wb式中：W煤层瓦斯含量，单位为立方厘米每克(Cm3g);Vno损失瓦斯量，单位为立方厘米(Cm3);V粉碎前解吸瓦斯量，单位为立方厘米(Cm3);Vm2粉碎后解吸瓦斯量，单位为立方厘米(Cm3)；m煤样质量(分为空气干燥基和干燥无灰基)，单位为克(g)。7.6计算数值精度要求数据精度按数值修约规则处理后，保留到小数点后两位数字。8测定报告8.1 测定结果完成各阶段测量后，瓦斯含量自动化测定仪按照第7章所述的数据处理方法自动计算出煤层瓦斯含量，测定结果应以电子报告的形式在操作界面上直接显示，测定人员检查输入数据无误后，应将测定报告导出至USB存储器或通过蓝牙无
21、线发送至手机终端，用于地面打印测定报告。煤层瓦斯含量测定报告参见附录Ao8.2 成果资料煤层瓦斯含量测定的成果资料包括煤层瓦斯含量测定报告、煤样工业分析报告、煤的等温吸附报告等，应存档备查，作为长期资料保存。9测定结果评价9.1 评价要求测定过程中应详细记录样品采集、测定步骤以及仪器设备故障等实际情况，用文字进行说明，作为测定报告的补充以及测定结果评价的重要依据。9.2 合格样品满足以下条件的样品为合格样品：a)采样时间符合5.4的要求；b)采样深度符合5.5的要求；c)煤样灰分小于40%;d)煤样质量不少于200g;e) 煤样水分含量不大于5%;f) 仪器设备不漏气，气路无堵塞。9.3参考样
22、品满足以下条件的样品为参考样品：a)不符合9.2的a)d)中一项或多项的样品；b) 煤样水分含量大于5%且不大于10%的样品；c) 设备仪器密封性良好，但无粉碎前解吸瓦斯量的样品。9.4报废样品满足以下一项或多项的样品为报废样品:a）煤样水分含量大于10%或手捏成团的样品；b）仪器设备漏气或气路堵塞，无法进行瓦斯解吸量测定的样品;C）暴露时间超过20min的样品；d）有严重操作失误的样品。附录A(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AJo表A.1煤层瓦斯含量测定报告测点信息矿井名称测定地点测定编号测定日期井下大气压力kPa井下温度钻孔倾角()钻孔方位()煤样质量g采样深度n采样方式煤样类型打钻结束时间时分秒取芯开始时间时分秒取芯结束时间时分秒开始解吸时间时分秒解吸测定时长min粉碎测定时长min测定过程损失瓦斯量计算图解吸时间/s测定结果煤样粉碎前解吸瓦斯量解吸时间min12345678910解吸量cm3解吸时间min1213141617181920解吸量cm3X表A.1（续）课层瓦斯含量损失更斯展粉碎后解吸司斯量审核人:批准人:粉碎前解吸乩斯量m2t常压不可解吸瓦斯量m!t测试人:Il
