一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法，包括实验室测定方式和现场测定方式。实验室测试方式采用钻孔收集新鲜煤样，利用数字瓦斯解吸特征记录装置，现场提取煤样的瓦斯解吸特征参数；在实验室测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；计算出不同压力下解吸特征参数和井下解吸特征参数的匹配系数，进而得到煤层的原始瓦斯参数。现场测试方式采用钻孔的方式采集煤层典型煤样，并测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；在实测地点提取待测煤样瓦斯解吸特征参数；最后计算出待测煤样解吸特征参数与标准煤样不同压力下解吸特征参数的匹配系数，进而得到待测煤层原始瓦斯参数。本发明专利技术能快速地推算出煤样在取样之前的原始瓦斯参数。

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法
本专利技术涉及的是矿井通风与安全
，具体涉及一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法。
技术介绍
矿井瓦斯灾害是我国煤矿最为严重的灾害之一，近年来煤矿发生的重特大事故中半数以上都和瓦斯有关。瓦斯灾害防治是我国煤矿安全生产管理中最重要的工作内容。为了有针对性的进行瓦斯灾害防治，首先必须掌握煤层瓦斯原始参数，即掌握煤层的原始瓦斯含量和原始瓦斯压力。在当前技术条件下，瓦斯原始参数测定工作不仅耗费大量的人力、物力和时间，所取得的数据准确度也不高，一定程度上制约了煤矿安全生产和生产能力的提高。当前，对煤层瓦斯原始压力的测定一般向测定位置打钻孔，然后在孔口密封并安装压力表，等待压力表稳定后，压力表读数即为煤层原始瓦斯压力，该方法一般要耗时5天以上。煤层原始瓦斯含量的测定方法是：在井下采集新鲜煤样，在3分钟内装入煤样罐，用量筒式瓦斯解吸仪记录煤样每分钟的瓦斯解吸量，并利用该过程中煤样解吸量的衰减规律，推算煤样装入煤样罐前的瓦斯损失量，之后再将煤样送实验室粉碎后测残余瓦斯量，以上瓦斯损失量、瓦斯解吸量和残余瓦斯量三部分相加即为煤样原始瓦斯含量，该方法推算瓦斯损失量误差较大，致使测定值不准确。煤层瓦斯参数测定是煤矿瓦斯灾害治理的基础工作之一，工作内容主要包括煤层原始瓦斯压力测定和煤层原始瓦斯含量测定。对煤层原始瓦斯压力的测定主要采用的有被动测压和主动测压两种：(1)被动测压法一般选取从煤层顶、底板的岩石巷道中向煤层打穿层钻孔，或选取在煤层巷道煤体相对完整的位置向煤层打顺层钻孔。然后将测压管放置在钻孔中，在测压管孔口的一端安装测压表，将测压管另一端放置到孔底，并在孔口位置采用封孔材料将钻孔封闭。此时，钻孔周围煤体中的瓦斯就会在煤层瓦斯压力的作用下向钻孔中流动，钻孔中瓦斯压力会随之增加，经过一段时间的瓦斯流动和扩散后，钻孔中瓦斯压力就会达到平衡，此时测压管上所安装的压力表显示的压力就是煤层瓦斯压力。被动测压法测得的煤层瓦斯压力较准确，但等待钻孔中瓦斯压力平衡稳定需数天时间，测试耗时较长；同时对封孔要求高，一旦孔口裂隙发育或封孔质量差，会因漏气而导致测压失败，所以该方法成功率不高。(2)主动测压法针对被动测压法耗时长的缺点，主测压法采用在钻孔封孔后向钻孔中注入惰性气体，从而减少钻孔中瓦斯压力达到平衡所需的时间。主动测压法所需的时间较被动测压法所需的时间短，但当注入惰性气体压力高于煤层压力时，会导致错误地将钻孔压力作为煤层瓦斯压力，使测压结果偏高。主动测压法同样存在对封孔要求高，测压成功率不高的问题。对煤层原始瓦斯含量的测定采用的方法有直接法和间接法两种：(1)直接法在井下采集新鲜煤样，在3分钟内装入煤样罐，用量筒式瓦斯解吸仪记录煤样每分钟的瓦斯解吸量，并利用该过程中煤样解吸量的衰减规律，推算出煤样装入煤样罐前的瓦斯损失量，之后再将煤样送实验室粉碎后测残余瓦斯量，以上瓦斯损失量、瓦斯解吸量和残余瓦斯量三部分相加即为煤样原始瓦斯含量。该方法中瓦斯损失量的推算是煤层瓦斯含量测定误差的主要来源。由现场和实验室的统计数据可知，瓦斯损失量的推算值最低仅占煤层瓦斯含量的10％，推算误差最高可达90％，准确的推算瓦斯损失量是煤层瓦斯含量测定过程中的难点。(2)间接法首先测定煤层的瓦斯原始压力参数。在施工测压钻孔的同时收集钻取的煤样，然后将煤样送到地面实验室，测定煤样的孔隙率、水份、灰份、瓦斯吸附常数等一系列参数。最后利用瓦斯含量与瓦斯吸附压力的关系计算得出煤层瓦斯含量。间接法测定煤层瓦斯含量比较复杂，它首先要在井下测定煤层瓦斯压力，工作量大，耗时长。本专利技术利用煤瓦斯吸附—解吸的可重复性和不同压力下解吸特征参数的不同，采用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，自动测定不同压力下煤样瓦斯吸附—解吸特征参数，并将该参数与井下所测煤样特征参数进行对比，确定煤样原始瓦斯压力和原始瓦斯含量；或事先利用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，在实验室测定一系列不同压力下的瓦斯吸附—解吸特征参数，存贮到研制的数字瓦斯解吸特征记录装置中，在井下测定煤样的瓦斯吸附—解吸参数，与存贮的参数比对，从而确定煤样原始瓦斯压力，并利用煤样吸附—解吸常数计算得到煤样原始瓦斯含量。利用本专利技术测定原始瓦斯压力时，减少了封孔、装压力表、压力表观测环节，工作量少、测定周期短。利用本专利技术测定原始瓦斯含量时，瓦斯含量测定过程等于是在原始瓦斯压力条件下的瓦斯解吸全过程再现，整个过程中的瓦斯解吸量都得以准确计量，不用推算瓦斯损失量，所以测得的原始瓦斯含量更准确。本专利技术中采用专门研制的自动化装置进行数据采集、数据匹配和数据存贮，结合高精度传感器，智能化程度和数据精度更高。我国现有煤矿近4000余处，大部分都为瓦斯矿井。在矿井瓦斯灾害防治中，无论进行煤与瓦斯突出防治，还是进行煤层瓦斯抽放，都必须进行煤层原始瓦斯含量和原始瓦斯压力测定。本专利技术智能化程度高、测试周期短、测量精度高。因此，本专利技术有着很好的实用性和应用前景。综上所述，本专利技术设计了一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法。
技术实现思路
针对现有技术上存在的不足，本专利技术目的是在于提供一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法，基于特征参数匹配模型，利用新鲜煤样的瓦斯解吸特征，结合智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统采集的一系列瓦斯解吸特征参数，快速地推算出煤样在取样之前的原始瓦斯压力。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法，包括实验室测定方式和现场测定方式；所述的实验室测定方式包括以下步骤：1、采用顺层钻孔或穿层钻孔的方式，钻进到预定位置时，在孔口收集新鲜煤样，并迅速将煤样装入到高压煤样罐中，利用研制的数字瓦斯解吸特征记录装置，提取煤样30分钟的瓦斯解吸特征参数；2、关闭高压煤样罐出气口阀门，将高压煤样罐送到地面实验室，利用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，依次进行抽真空和系统死空间测量，之后设置一系列吸附压力(以0.1MPa为间隔)，测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；3、利用数据匹配模型，计算出实验室不同压力下解吸特征参数和井下解吸特征参数的匹配系数，系数值最大的实验室解吸特征数据对应的瓦斯压力和瓦斯含量即为煤层的原始瓦斯参数。所述的现场测定方式包括以下步骤：1、采用顺层钻孔或穿层钻孔的方式，采集煤层典型煤样，送到地面实验室，利用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，依次进行抽真空和系统死空间测量，之后设置一系列吸附压力(以0.1MPa为间隔)，测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；2、在井下同一煤层的不同地点采集煤样，装入到高压煤样罐中，利用研制的数字瓦斯解吸特征记录装置，提取煤样30分钟的瓦斯解吸特征参数；3、利用数据匹配模型，计算出井下解吸特征参数与实验室不同压力下解吸特征参数的匹配系数，系数值最大的实验室解吸特征数据对应的瓦斯压力和瓦斯含量即为取样地点的煤层原始瓦斯参数。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术基于煤瓦斯吸附—解吸可逆原理，利用改进的时序数据相关性模型，还原煤层瓦斯参数的原始状态，得出煤层瓦斯原始参数，具有更好的科学合理性；本专利技术避免了瓦斯损失量的推算，使测得数据可靠性更高。2、本专利技术具有自动本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法，其特征在于，包括实验室测定方式和现场测定方式；所述的实验室测定方式包括以下步骤：(1)、采用顺层钻孔或穿层钻孔的方式，钻进到预定位置时，在孔口收集新鲜煤样，并迅速将煤样装入到高压煤样罐中，利用研制的数字瓦斯解吸特征记录装置，提取煤样30分钟的瓦斯解吸特征参数；(2)、关闭高压煤样罐出气口阀门，将高压煤样罐送到地面实验室，利用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，依次进行抽真空和系统死测量，之后设置以0.1MPa为间隔的一系列吸附压力，并测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；(3)、利用数据匹配模型，计算出实验室不同压力下解吸特征参数和井下解吸特征参数的匹配系数，系数值最大的实验室解吸特征数据对应的瓦斯压力和瓦斯含量即为煤层的原始瓦斯参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法，其特征在于，包括实验室测定方式和现场测定方式；所述的实验室测定方式包括以下步骤：(1)、采用顺层钻孔或穿层钻孔的方式，钻进到预定位置时，在孔口收集新鲜煤样，并迅速将煤样装入到高压煤样罐中，利用研制的数字瓦斯解吸特征记录装置，提取煤样30分钟的瓦斯解吸特征参数；(2)、关闭高压煤样罐出气口阀门，将高压煤样罐送到地面实验室，利用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，依次进行抽真空和系统死测量，之后设置以0.1MPa为间隔的一系列吸附压力，并测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；(3)、利用数据匹配模型，计算出实验室不同压力下解吸特征参数和井下解吸特征参数的匹配系数，系数值最大的实验室解吸特征数据对应的瓦斯压力和瓦斯含量即为煤层的原始瓦斯参数。2.根据权利要求1所述的一种基于数据相关的煤层瓦斯参数快速测定方法，其特征在于，所述的现场测定方式包括以下步骤：(1)、采用顺层钻孔或穿层钻孔的方式，采集煤层典型煤样，送到地面实验室，利用研发的智能瓦斯吸附—解吸特征测定系统，依次进行抽真空和系统死测量，之后设置以0.1MPa为间隔的一系列吸附压力，并测出不同压力下的瓦斯解吸量和解吸特征参数；(2)、在井下同煤层不同地点采集煤样，装入到高压煤样罐中，利用研制的数字瓦斯解吸特征记录装置，提取煤样30分钟的瓦斯解吸特征参数；(3)、利用数据匹配模型，计算出井下解吸特征参数与实验室不同压...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨守国，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61