煤层瓦斯含量是煤矿瓦斯灾害防治与煤层气资源勘探开发的重要基础参数。基于现有煤层瓦斯含量测定取样存在的弊端,提出了负压排渣定点取样煤层瓦斯含量测定方法。采用理论分析、实验室实验、数值模拟及现场试验的方法,系统研究了负压排渣定点取样过程关键参数及对应的瓦斯损失量推算方法,丰富并完善了煤层瓦斯含量测定负压排渣定点取样研究。依据管道气力输送理论,将负压取样过程分成四个部分并建立了负压取样过程压降及最小输送风速模型。搭建钻孔煤层负压排渣定点取样实验系统,研究了不同取样钻杆内径、不同固气比下,取样钻头、取样钻杆内部及接样装置压降特征,获取了取样钻杆内部煤屑相附加压降系数及取样钻头局部阻力系数。采用FLUENT-EDEM耦合算法,重点考察了不同取样风速下取样钻头-取样钻杆(0m⁵m)段煤屑-气流动特性,不同固气比下煤屑速度高于气相速度时接样装置内部的煤屑-气流动特性。自主设计颗粒煤瓦斯负压-负压转常压解吸实验系统,根据负压取样过程,开展不同吸附平衡压力下,不同解吸负压、解吸不同时间后转为常压解吸的颗粒煤瓦斯负压-负压转常压解吸规律研究,提出了负压取样煤层瓦斯含量测定的损失量推算方法。采用现场试验的手段,开展负压取样现场应用试验研究,进一步考察负压定点取样测定煤层瓦斯含量应用的可行性。研究得出如下结论:(1)钻孔负压排渣定点取样实验结果表明,同一固气比m时,煤屑相附加压降系数随弗劳德系数Fr增加而减小。同一Fr时,随着m的增加,煤屑相附加压降系数λ_s逐渐减小,λ_s=am^bFr^c(a,b,c为待定系数);正常取样时,存在一个取样风速值使得取样钻杆内部压降值达到最小;取样钻杆内径越大,对应的最小压降取样风速值越大;同一取样风速下不同固气比引起的压降值区别逐渐缩小。取样钻头局部阻力系数η=487.05e^-0.102va(v_a为取样风速),取样钻头为系统优化的主要对象。(2)取样钻头-取样钻杆(0m⁵.0m)段煤屑-气流动特性FLUENT-EDEM模拟研究结果表明,气相流场存在高速区与位于取样钻头端部的反方向速度区;高速区位于取样钻杆截面轴心偏上位置且随着煤屑质量流率的升高而范围扩大;反方向速度区因取样钻头端面处气流发生二次流动而形成。当取样风速分别为15m/s、20m/s、25m/s,煤屑质量流率分别为0.02kg/s、0.03kg/s、0.04kg/s、0.05kg/s时,在取样钻头-取样钻杆0⁰.5m段内的煤屑流态呈现如下特点:(1)煤屑数目逐渐减小;(2)管底流煤屑层层厚降低;(3)最高层厚区前移;(4)较低速度(速度小于1m/s)煤屑数目占比降低;(5)煤屑在取样钻杆内沿流动方向分布更加均匀;(6)煤屑所形成的管底流特征长度与悬浮加速距离缩短。(3)除尘器(接样装置)内煤屑-气流动特性FLUENT-EDEM模拟研究结果表明,煤屑的存在主要影响除尘器内部锥形体分离空间及入口段流场分布;随着固气比的增加,煤屑在除尘器内部分布呈条带状且条带状形态逐渐趋于稳定;“顶灰环”现象始终存在且有随固气比增加而增强的趋势;煤屑-壁面之间的作用力最大,煤屑-煤屑之间的作用力次之,煤屑-气相之间的耦合力最小;除尘器内压降先降低后保持基本不变。(4)颗粒煤瓦斯负压-负压转常压解吸实验结果表明,负压解吸段瓦斯累积解吸量随着解吸负压的升高及负压解吸时间的延长而增大,转为常压解吸后对应的瓦斯累积解吸量减小;负压解吸初期(0²min)瓦斯解吸规律及负压解吸后的常压解吸初期规律(0¹0min)均可采用巴雷尔模型描述;负压取样煤层瓦斯含量测定时,实际瓦斯损失量Q_实与取样负压P、取样时间t、依据常压常压解吸数据反推的瓦斯损失推算量Q_常之间的关联式可表示为(?)(a、b为待定常数);采用提出的负压取样瓦斯损失量推算关联式所得的推算值与实际损失量最大误差为4.83%。(5)负压取样现场试验应用结果表明,负压取样可以大幅提高煤样的纯度,负压取样得到的瓦斯含量值相比通过压风排渣取样测得瓦斯含量值提高幅度为48.6%⁸0.3%,其应用结果进一步验证了负压取样可做到快速定点取样。