一种煤层注水合理注水量的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种煤层注水合理注水量的确定方法，该方法依次按以下步骤进行：1）对煤样进行干燥处理；2）选取干燥煤样适量，装入吸附罐进行实验；3）用真空脱气单元对吸附罐真空脱气；4）计算充气量的标准体积；5）向实验煤样施加覆压；6）向实验煤样注入一定量水分，平衡一定时间后，进行瓦斯解吸速度测试；7）对实验获得的瓦斯解吸速度数据按文特式进行拟合；8）依据各实验煤样测试得出的第一分钟瓦斯解吸速度、第一分钟瓦斯解吸率及最后一分钟瓦斯解吸率、残存瓦斯含量，计算各种指标下的合理注入水分，进而计算煤层的合理注入水分值。本发明专利技术能够准确、可靠的确定煤层的合理注入水分值，实用性强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿井瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种煤层注水合理注水量的确定方法，主要适用于煤层注水防治瓦斯工程实践中确定合理的注水量。
技术介绍
煤层注水最早作为一种防尘措施在煤矿取得应用的，作为一种煤与瓦斯突出的防治措施，上世纪六十年代，在我国煤矿开始推广应用，生产实践证明，煤层注水以高压水为防突介质，在使用过程中，可以取得防突、降尘的双重功效。但是，在防突机理的认识上，长期认为其防突机理在于高压注水的力学效应,即高压注水后集中应力带前移，卸压带长度加长，泄压区瓦斯涌出量增大，减小了煤体中瓦斯内能。近年来的研究表明，注水后水后残留在煤体微孔隙中的水对煤体瓦斯解吸起到抑制解吸作用,避免了瓦斯大量快速解吸，使瓦斯解吸过程变慢变缓，因此，也是煤层注水防治煤与瓦斯突出的一项重要作用。在煤矿现场注水实践中,注水量的确定是影响注水效果的关键因素之一，常用的用以下两种方法：⑴观测孔法。即在注水孔附近设置观测孔，当观测孔出水则注水停止，期间的注水量即是实际注水量。由于观测孔出水时间主要取决于高压水渗流速度，渗流速度主要受煤层渗透系数和注水压力的影响，在特定煤层条件下，由于注水压力不同，这种方法确定的注水量具有很大的随机性。⑵经验性假定煤层水分增加值的方法。该方法通过实现按经验设定煤层注水后水分含量的增加值，与影响范围的煤体质量相乘则可以计算出注水量。该方法的确定是，煤层水分含量的增加值具有随机性，受制于工程技术人员的经验。以上两种常用方法在确定注水量时均存在有各自的不足之处，因此，有必要探讨一种准确实用的注水量确定方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种煤层注水合理注水量的确定方法，该方法准确、可靠，实用性强。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种煤层注水合理注水量的确定方法，该方法依次按以下步骤进行：1）对煤样进行处理，选取粒度为1~3mm或3-6mm的颗粒煤作为实验煤样，干燥处理后放入干燥器备用，同时测试原煤样的水分含量M0；2）选取粒度1-3mm或3-6mm的干燥煤样适量，搅拌均匀后等分为n份，n大于等于4，称重后依次装入吸附罐进行实验；3）设定水浴温度为煤层赋存温度，用真空脱气单元对吸附罐真空脱气至10Pa以下；4）利用充气罐向实验煤样充入一定量甲烷气体，采用固定充气罐初始压力和终了压力的方法确保充气量相等，并计算充气量的标准体积Q充；5）待煤样在吸附罐内吸附平衡后，通过油压泵、吸附罐内的油压活塞向实验煤样施加覆压，覆压大小事先根据煤层赋存条件进行概算；6）待瓦斯重新吸附平衡后，开启注水泵向实验煤样注入一定量水分；在所述的n份实验煤样中，选取一个实验煤样不注水，其它n-1份煤样通过注水泵分别注入不同水分含量，注水后统一平衡一定时间后，进行瓦斯解吸速度测试，测试流程如下：a）首先快速打开吸附罐的放气阀门，使压力表瞬间回零，放出气体收集在储气袋中，储气袋中的气体为吸附罐内的游离气体，测定其标准体积Q游，则充气量Q充减去瞬间放气量Q游即是煤样的吸附量Q吸；b）快速连接瓦斯解吸仪，测试不同时刻的瓦斯解吸量，并把记录的瓦斯解吸量换算成标准体积Qi；c）计算出每分钟瓦斯解吸速度Vi、瓦斯解吸率ηi和解吸后残存瓦斯含量Xc，其中每分钟瓦斯解吸速度Vi通过公式计算得到，瓦斯解吸率ηi通过公式计算得到；7）对实验获得的瓦斯解吸速度数据按文特式进行拟合，得到V1；对文特式对时间t求导，可得瓦斯解吸速度随时间的变化公式：式中，V1表示第1min的瓦斯解吸速度；kt表示瓦斯解吸速度衰减系数；8）依据各实验煤样测试得出的第一分钟瓦斯解吸速度、第一分钟瓦斯解吸率及最后一分钟瓦斯解吸率、残存瓦斯含量，按照注水使瓦斯解吸速度和解吸率降低、残存瓦斯含量增大的规律，对各个研究指标拟合出注入水分含量的二次曲线，按照极值法分别计算各种指标下的合理注入水分；以上四种指标计算的水分最大值减去煤样的原始水分含量M0即为煤层的合理注入水分值。所述步骤1）中对煤样进行处理的工序按以下流程进行：在现场采集块状原煤，密封储存保持煤样原始水分，运至实验室后进行破碎、筛分。所述步骤2）中的其它n-1份实验煤样，通过注水泵分别注入不同水分含量为2%、4%、6%，……2(n-1)%。所述步骤6）中流程b）测试不同时刻的瓦斯解吸量的测试时间统一进行120分钟。所述步骤6）中注水后统一平衡一定时间的平衡时间要保证实验煤样能充分浸润。本专利技术的有益效果：本专利技术所用测试装置为本申请人于2014年01月10日申请的专利技术专利（专利名称：一种煤层注水抑制瓦斯解吸效应的模拟测试方法及装置；申请号：CN201410011978.8）。因此，本专利技术所用测试装置的具体构造及使用过程就不再详细阐述。由于采用了煤层注水抑制瓦斯解吸效应的模拟测试装置，本专利技术能够很好的模拟出煤层在真实环境中的状态，并且可以从各个角度去控制调整实验煤样所处的环境，研究者可以获取更多稳定可靠的数据。本专利技术能够准确、可靠的确定煤层的合理注入水分值，实用性强。附图说明图1是本专利技术实施例1中水分含量0%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图2是本专利技术实施例1中水分含量2%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图3是本专利技术实施例1中水分含量4%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图4是本专利技术实施例1中水分含量6%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图5是本专利技术实施例1中第一分钟瓦斯解吸速度的拟合曲线图；图6是本专利技术实施例1中第一分钟瓦斯解吸率的拟合曲线图；图7是本专利技术实施例1中120分钟瓦斯解吸率的拟合曲线图；图8是本专利技术实施例1中残存瓦斯含量的拟合曲线图；图9是本专利技术实施例2中水分含量0%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图10是本专利技术实施例2中水分含量2%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图11是本专利技术实施例2中水分含量4%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图12是本专利技术实施例2中水分含量6%的瓦斯解吸速度测定曲线图；图13是本专利技术实施例2中第一分钟瓦斯解吸速度的拟合曲线图；图14是本专利技术实施例2中第一分钟瓦斯解吸率的拟合曲线图；图15是本专利技术实施例2中120分钟瓦斯解吸率的拟合曲线图；图16是本专利技术实施例2中残存瓦斯含量的拟合曲线图。具体实施方式一种煤层注水合理注水量的确定方法，该方法依次按以下步骤进行：1）在现场采集块状原煤，密封储存保持煤样原始水分，运至实验室后进行破碎、筛分，选取粒度为1~3mm或3-6mm的颗粒煤作为实验煤样，干燥处理后放入干燥器备用，同时测试原煤样的水分含量M0；2）选取粒度1-3mm或3-6mm的干燥煤样适量，搅拌均匀后等分为四份，称重后依次装入吸附罐进行实验；3）设定水浴温度为煤层赋存温度，用真空脱气单元对吸附罐真空脱气至10Pa以下；4）利用充气罐向实验煤样充入一定量甲烷气体，采用固定充气罐初始压力和终了压力的方法确保充气量相等，并计算充气量的标准体积Q充；5）待煤样在吸附罐内吸附平衡后，通过油压泵、吸附罐内的油压活塞向实验煤样施加覆压，覆压大小事先根据煤层赋存条件进行概算，测试时施加覆压为煤层真实覆压环境；6）待瓦斯重新吸附平衡后，开启注水泵向实验煤样注入一定量水分；在所述的四份实验煤样中，选取一个实验煤样不注水，其它三份煤样通过注水泵分别注入不同水分含量((如2%、4%、6%)，注水后统一平衡6h后（平衡时间要保证煤样能充分浸润本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤层注水合理注水量的确定方法，其特征在于该方法依次按以下步骤进行：1）对煤样进行处理，选取粒度为1~3mm或3‑6mm的颗粒煤作为实验煤样，干燥处理后放入干燥器备用，同时测试原煤样的水分含量M0；2）选取粒度1‑3mm或3‑6mm的干燥煤样适量，搅拌均匀后等分为n份，n大于等于4，称重后依次装入吸附罐进行实验；3）设定水浴温度为煤层赋存温度，用真空脱气单元对吸附罐真空脱气至10Pa以下；4）利用充气罐向实验煤样充入一定量甲烷气体，采用固定充气罐初始压力和终了压力的方法确保充气量相等，并计算充气量的标准体积Q充；5）待煤样在吸附罐内吸附平衡后，通过油压泵、吸附罐内的油压活塞向实验煤样施加覆压，覆压大小事先根据煤层赋存条件进行概算；6）待瓦斯重新吸附平衡后，开启注水泵向实验煤样注入一定量水分；在所述的n份实验煤样中，选取一个实验煤样不注水，其它n‑1份煤样通过注水泵分别注入不同水分含量，注水后统一平衡一定时间后，进行瓦斯解吸速度测试，测试流程如下：a）首先快速打开吸附罐的放气阀门，使压力表瞬间回零，放出气体收集在储气袋中，储气袋中的气体为吸附罐内的游离气体，测定其标准体积Q游，则充气量Q充减去瞬间放气量Q游即是煤样的吸附量Q吸；b）快速连接瓦斯解吸仪，测试不同时刻的瓦斯解吸量，并把记录的瓦斯解吸量换算成标准体积Qi；c）计算出每分钟瓦斯解吸速度Vi、瓦斯解吸率ηi和解吸后残存瓦斯含量Xc，其中每分钟瓦斯解吸速度Vi通过公式计算得到，瓦斯解吸率ηi通过公式计算得到；7） 对实验获得的瓦斯解吸速度数据按文特式进行拟合，得到V1；对文特式对时间t求导，可得瓦斯解吸速度随时间的变化公式：式中，V1表示第1min的瓦斯解吸速度；kt表示瓦斯解吸速度衰减系数；8）依据各实验煤样测试得出的第一分钟瓦斯解吸速度、第一分钟瓦斯解吸率及最后一分钟瓦斯解吸率、残存瓦斯含量，按照注水使瓦斯解吸速度和解吸率降低、残存瓦斯含量增大的规律，对各个研究指标拟合出注入水分含量的二次曲线，按照极值法分别计算各种指标下的合理注入水分；以上四种指标计算的水分最大值减去煤样的原始水分含量M0即为煤层的合理注入水分值。...

【技术特征摘要】
1.一种煤层注水合理注水量的确定方法，其特征在于该方法依次按以下步骤进行：1）对煤样进行处理，选取粒度为1~3mm或3-6mm的颗粒煤作为实验煤样，干燥处理后放入干燥器备用，同时测试原煤样的水分含量M0；2）选取粒度1-3mm或3-6mm的干燥煤样适量，搅拌均匀后等分为n份，n大于等于4，称重后依次装入吸附罐进行实验；3）设定水浴温度为煤层赋存温度，用真空脱气单元对吸附罐真空脱气至10Pa以下；4）利用充气罐向实验煤样充入一定量甲烷气体，采用固定充气罐初始压力和终了压力的方法确保充气量相等，并计算充气量的标准体积Q充；5）待煤样在吸附罐内吸附平衡后，通过油压泵、吸附罐内的油压活塞向实验煤样施加覆压，覆压大小事先根据煤层赋存条件进行概算；6）待瓦斯重新吸附平衡后，开启注水泵向实验煤样注入一定量水分；在所述的n份实验煤样中，选取一个实验煤样不注水，其它n-1份煤样通过注水泵分别注入不同水分含量，注水后统一平衡一定时间后，进行瓦斯解吸速度测试，测试流程如下：a）首先快速打开吸附罐的放气阀门，使压力表瞬间回零，放出气体收集在储气袋中，储气袋中的气体为吸附罐内的游离气体，测定其标准体积Q游，则充气量Q充减去瞬间放气量Q游即是煤样的吸附量Q吸；b）快速连接瓦斯解吸仪，测试不同时刻的瓦斯解吸量，并把记录的瓦斯解吸量换算成标准体积Qi；c）计算出每分钟瓦斯解吸速度Vi、瓦斯解吸率ηi和解吸后残存瓦斯含量Xc，其中每分钟瓦斯...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖知国，常红，许彦鹏，刘立果，段振伟，王顺双，孟雷庭，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41