測定意義
隨著礦井開採深度的增加，瓦斯湧出量越來越多，煤與瓦斯突出的危險性也日益嚴重，瓦斯災害已成為制約煤礦安全生產的突出問題。長期的理論研究和突出危險煤層的開採實踐證明，開採保護層和預抽煤層瓦斯是防治煤與瓦斯突出最有效、最經濟的區域性措施，對於不具備保護層開採的單一煤層，瓦斯抽採的意義更為顯著。煤層透氣性係數是評價瓦斯抽採效果的主要指標之一，也是衡量煤層突出危險性大小的重要指標。
因此，對煤層透氣性係數的計算方法進行深入**，可為煤礦瓦斯防治工作提供理論依據。
煤層透氣性係數和鑽孔流量衰減係數是評價煤層瓦斯抽放及煤層氣開採難易程度的標誌性引數。因此，能否準確測量煤層透氣性係數對於乙個礦井來說具有十分重要的意義。但是，由於煤層透氣性係數在測量過程中影響因素比較多，目前煤層透氣性係數測量的誤差比較大，準確率比較低。
所以，系統全面的分析煤層透氣性係數測定過程中的影響因素對於準確測量煤層透氣性係數，為礦井抽採設計提供依據具有十分重要的意義。
本質含義及測定方法
煤層透氣性表徵煤層對瓦斯流動的阻力，通常用煤層透氣性係數表示，它反映了瓦斯沿煤層流動的難易程度。煤層透氣性係數的物理意義可表述如下: 在 1 m3煤體的兩側，當瓦斯壓力平方差為 1 mpa2時，通過 1 m2煤層斷面每日流過的瓦斯量。
煤層本身是非均質各向異性介質，因此，煤層的透氣性係數必須通過實際測定才能確定。幾十年來，國內外有關學者對此進行了許多研究，提出了各種各樣的煤層透氣性係數測定及計算方法。這些側定及計算方法歸納起來可分為兩類，即實驗室測定方法和現場實際測定方法。
根據研究認為，由幹煤層是非均質且各向異性介質，在目前的實驗室條件下很難模擬井下的實際情況，故而實驗室只能進行定性、規律性的研究；要準確得知煤礦井下煤層的透氣性係數，必須進行現場實際測定。但是，由於現場實際測定結果往往只能反映區域性情況，而且費工費時，故而煤層透氣性係數的規律性研究往往又會借助於實驗窒的研究。因此，我們認為實驗室的研究與現場的實際測定都是不可少的。
實驗室測定方法
實驗室測定煤樣透氣性的方法主要有兩種，即加圍壓力時的煤樣透氣性係數測定方法和不加圍壓力時的煤樣透氣性係數測定方法。實驗室測定煤樣透氣性方法的優點在於能大大節省人力和物力，同時也能縮短時間。此外，實驗室測定方法還可了解煤樣透氣性系敷的變化狀態以及所受影響因素。
因此，在科學研究中往往採用實驗室測定方法來分析測定煤樣透氣性係數。
(l)不加圍壓時的煤樣透氣性係數的測定方法
這種方法是從需要測定的煤層中採取煤樣，然後在實驗室中用砂輪或專門的鑽簡將煤樣製成一定尺寸的圓柱狀(或方柱狀)，兩端磨平，形成長50～80 mm、直徑30～40 mm的圓柱(或30 mm×30mm×(50～80)mm的方柱)，放入與之直徑相仿的夾具中。為了使煤樣和夾具壁之間密切接觸不漏氣。一般外加乙個膠皮套或矽橡膠套。
然後放在特製的儀器中，測定在一定的壓差中通過煤樣的瓦斯流量，根據煤樣的幾何尺寸、兩端壓差的大小和流量，根據達西定律計算其透氣性係數，其實驗裝置如圖1-1-1所示。
目前在實驗室常用的方法是：取同一煤層若干煤樣進行測定．然後取其平均值作為煤樣的滲透率和透氣性係數。
但是，這種透氣性係數測定方法除煤樣本身與煤層的差別外，由於未考慮圍壓力(模擬地應力)的作用。故而測定結果與礦井中的實際情況相差較大。因此，為了與礦井實際情況相符，在煤樣透氣性係數的測定中應考慮圈壓力(地應力)的影響。
(2)加固壓時的煤樣透氣性係數的測定方法
加圍壓時的煤樣透氣性係數的測定實驗裝置如圖1-1-2所示，其實驗裝置與圖1-1-1相似，不同之處在實驗缸內煤樣周圍充有-一定壓力的黏液(或其他液體)，煤樣周圍需套上數層防水橡膠套，防止內洩外滲。用調節高壓幫浦的壓力來模擬地壓對煤樣的作用，其實驗和計算方法剛與上述方法相同。
(3)實驗室測定方法的分析
在實驗室中測定煤樣透氣性係數方法的優點是方法簡單，可節省人力、物力和時間，但普遍存在著如下缺點：
①取樣的偶然性不能反映煤層的情況。這是因為煤樣中瓦斯流動的通道除了經過煤體本身的微孔隙外，煤層中節理裂隙起著很重要的作用，且在取樣製作測定煤樣時只有硬煤或中硬煤才能保持其完整性，因此對煤層中軟煤的滲透性也無法反映。
②在製作煤樣時，煤樣受到機械作用可能產生新的裂隙或使原有裂隙加大。而煤層本身的某些裂隙又因煤樣過小而被排斥掉，因而使其透氣性發生變化。此外，取樣一般在煤層的暴露面上採集，而在暴露面上的煤都是經過礦山壓力破壞後的煤體，所以其透氣性顯然與原始煤層中有所不同。
③實驗室無法完全模擬地應力(至少目前是這樣)，其原因在於一方面地應力在現場不易測準，另一方面現場圍壓不是三向等壓，而實驗中一般採用的是三向等圍壓，故受力狀態不同，因而所測結果當然就無法準確反映現場的實際情況。
④在實驗室測定中，固體煤樣與防水橡膠襯套之間往往存在著漏氣現象．而煤樣的透氣性又很低，微量的漏氣和誤差會使所測透氣性大大增加。
綜上所述，煤層透氣性的實驗室測定和現場測定會有很大的差別，其相差數倍、數十倍甚至上百倍是有可能的。目前實驗室的測定值還不能直接反映現場的實際情況，但是，實驗室能模擬礦井煤層中的條件作定性研究，如可在實驗室中測定煤樣在圍壓力不變的情況下瓦斯壓力與煤樣透氣性間的關係，來研究井下煤層在同一水平地應力基本不變情況下瓦斯壓力對煤層透氣性的影響。同樣也可在瓦斯壓力不變條件下測定圍壓與煤樣透氣性問的關係，來研究井下煤層中瓦斯壓力不變時地應力耐煤層透氣性的影響。
另外，對平行層理煤樣和垂直層理煤樣透氣性的研究也將為井下煤層鑽孔的最優布置方式提供一定的依據。所以，在實驗室進行這些方面的研究不僅具有一定的實際意義，而且也是現場測定所無法比擬的。
現場測定方法
(5)鑽孔流量法
中國礦業大學周世寧教授在總結已有煤層透氣性係數測定方法的基礎上，根據煤層瓦斯流動理論，提出新的煤層透氣性係數測定方法——鑽孔流量法。該方法包括巷道單向流量法、徑向流量法和球向流量法。
①單向流量法——單向流量法測定煤層透氣性係數是以瓦斯在煤層中的單向流動理淪為基礎而得出的方法，其基本假設為：(a)煤層均質且各向同性；(b)瓦斯在煤層中的流動服從達西定律；(c)煤層頂底板不含瓦斯也不滲透瓦斯；(d)瓦斯在煤層中的
流動為等溫過程。
該方法是在巷道中進行且是在緊接巷道掘進後進行的，如圖1-1-6所示。眾所周知，在煤層巷道周圍煤層透氣性的分布並非均質。當巷道向前掘進時，兩幫的應力將發生變化，形成集中應力，使得兩幫靠近煤壁處的煤體發生屈服變形，從而應力向煤體深部轉移，導致在兩幫煤層中形成卸壓帶、應力集中帶和常壓帶。
由於這三帶的存在，使煤層的透氣性發生很大變化。據前蘇聯有關人員的現場實測表明，在靠近巷道附近煤層的透氣性要比深部大幾十倍甚至幾百倍，並向煤層深部逐漸減小。
巷道單向流量法的優點在於它能使流動場擴充套件很大。雖然在推導計算公式中，均質性的假設與事實有差別，但是當流動場擴散到足夠大時，以致擾動帶的影響可以忽略不計，選由均質性假設所帶來的誤差就基本上可以忽略不計。
②徑向流量法——徑向流量法測定煤層透氣性係數是以瓦斯在煤層中徑向流動理論為基礎而得出的方法。其基本假設為：(a)在鑽孔瓦斯流動範圍內，煤層均質且各向同性；(b)鑽孔垂直煤層(至少偏斜角不超過30o)貫穿煤層，在瓦斯流動場內煤厚不變；(c)煤層頂底板不漏氣且不含有瓦斯；(d)開啟鑽孔之前，鑽孔內瓦斯壓力為原始瓦斯壓力，開啟後則始終保持大氣壓力；(e)瓦斯在煤層中的流動為等溫過程且溫度等於煤層溫度；(f)瓦斯在煤層中的流動服從達西定律。
鑽孔徑向流量法測定煤層透氣性係數的具體做法是：首先垂直煤層打一貫穿煤層的鑽孔．密封鑽孔並利用測壓儀測出煤層原始瓦斯壓力；測完壓力後開啟閥門，使鑽孔內壓力降至大氣壓力，測出各個時刻鑽孔自然瓦斯捧放量；然後按照有關公式求出λ值。在宴際測定中，鑽孔徑向流量法的測定要求在降壓排瓦斯後的幾天內進行，盡量延長測定時間，使流動場擴大，測出來的值逐漸穩定，最後取其穩定值作為測定地點煤層的透氣性系數值。
鑽孔徑向流量法與其他各種測定煤層透氣性的方法相比，具有理論基礎可靠、數學推導方法合理，現場應用方便和計算簡單的優點。徑向流量法測定煤層透氣性係數，儘管是在有關假設條件下得出的，但在鑽孔瓦斯穩定流動的情況下．其所做假設與實際情況基本吻合，根據在現場的多次測定表明，測定結果可以反映現場中的實際情況，為在現場測定實際煤層中真實，穩定的透氣性係數提供了可靠的方法。
③球向流量法——球向流量法測定煤層透氣性係數是以瓦斯在煤層中球向流動理論為基礎而得出的方法，其基本假設為：(a)在鑽孔瓦斯流動範圍內．煤層均質且各向同性；(b)煤層頂底板不漏氣且不含有瓦斯；(c)瓦斯在煤層中的流動服從達西定律；(d)在開啟鑽孔之前，鑽孔內瓦斯壓力為煤層原始瓦斯壓力，開啟後則始終保持大氣壓；(e)瓦斯在煤層中流動為等溫過程，溫度等於煤層溫度且不考慮瓦斯的壓縮性。
鑽孔球向流量法是在岩石巷道打一鑽孔直穿煤層。破開底板後深入煤層0.1 m左右，然後採用測壓儀封孔測定煤層的原始瓦斯壓力。
為了使壓力上公升的時間縮短。在封孔後可以預先向測壓室中充人一定壓力的n2或co2氣體，這樣可縮短壓力穩定所需的時問。壓力穩定後．開啟閥門，使鑽孔內壓力降至大氣壓力，測定其流量與時間的關係。
一般情況下，由於球向流量法所測流量較小．故常用皂泡流量計來測定．
球向流量法測出的煤層透氣性係數曲線與徑向流量法測定結果相類似，在鑽孔孔底，煤層中的瓦斯流動場也具有一定的擾動。其表現在開始階段，測出來的煤層透氣性系數值較大，隨著時間的延長，瓦斯流動場的擴大，擾動帶的影響逐漸減小。因此．在使用球向流量法測定煤層透氣性係數時，一定要延長時間．使其穩定後方可得出正確值。
現場測定方法的應用
現場測定煤層瓦斯透氣性係數的步驟
1）打鑽測定煤層瓦斯壓力。在石門或圍岩巷道向煤層打測壓鑽孔，鑽孔應該打穿煤層全厚。打鑽過程中，記錄鑽孔見煤和穿透煤層的時間，取這兩個時間的平均值作為鑽孔開始排放瓦斯的起始時間。
打鑽完成後清洗鑽孔，封孔測壓。
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