冷冻取心测定煤层瓦斯含量的可靠性研究

王 俏，王兆丰，2，3，张康佳，范道鹏，邢 医

（1.河南理工大学 安全科学与工程学院，河南 焦作 454003；2.煤矿灾害预防与抢险救灾教育部工程研究中心，河南 焦作 454003；3.煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心，河南 焦作 454003）

煤层瓦斯含量作为煤层瓦斯突出危险性区域预测、区域防突措施效果检验的主要指标，也是落实区域和局部综合防突措施的基本前提，更是煤层气资源勘探开发不可或缺的基础参数，其测定结果的可靠性和准确性对煤矿和煤层气的安全开采至关重要[1]。井下煤层瓦斯含量测定方法分为直接法和间接法，由于间接法对采样工艺要求严格、测定周期长、成功率受限制且累积误差较大，我国井下煤层瓦斯含量测定主要采用直接法，且首选取心管取心[2]。在使用取心管取样过程中，由于干式钻进，煤心管、钻杆与煤壁摩擦产生的热量会加速煤样瓦斯解吸，且煤样暴露时间较长，导致推算出的瓦斯损失量远小于实际的损失量，时常造成被鉴定为低瓦斯矿井发生瓦斯突出的现象[3]。为了解决该问题，基于“低温促进吸附、抑制解吸”的试验结果，2014 年，王兆丰[4]首次提出了冷冻取心技术，即在取样过程中，取心管在制冷剂的作用下将煤心温度迅速降至0 ℃以下，尽可能降低取心过程中的瓦斯解吸速率和解吸量，以减少瓦斯损失量的计算误差，从而提高瓦斯含量测定的准确性。近年来，国内外学者对高、低温环境下煤瓦斯吸附解吸规律进行了一系列研究[5-11]，促进了冷冻取心技术的发展。……