一种煤层透气性系数确定方法技术

本发明专利技术公开了一种煤层透气性系数确定方法，属于矿井瓦斯抽采利用技术领域。本发明专利技术首先预设一个煤层透气性系数可能存在的范围区间；随后，分别基于现场实测与有限体积法计算的瓦斯比流量构建目标函数；然后，运用黄金分割搜索算法，并结合目标函数，逐渐缩小煤层透气性系数可能存在的范围；最终，当目标函数误差小于一定值时，从而确定煤层透气性系数。本发明专利技术的方法相比于传统的径向流量法，对煤层透气性系数的预测精度更高，操作更加简便，且在现场实测方面，本发明专利技术通过使用胶囊粘液封孔器和筛管护孔技术，以保障煤层瓦斯压力以及钻孔半径的检测准确性，从而提高煤层透气性系数的测试精度。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层透气性系数确定方法
本专利技术属于矿井瓦斯抽采利用
，更具体地说，涉及一种煤层透气性系数测算方法。
技术介绍
瓦斯作为一种成煤过程的衍生物，不仅是一种高效的清洁能源，又是诱发煤与瓦斯突出与瓦斯爆炸的危险源，瓦斯抽采是解决矿井瓦斯问题的根本性措施，而煤层渗透率是评价瓦斯抽采难易程度的重要指标，因此，准确确定煤层渗透率对于矿井瓦斯的防治与利用具有重要的意义，目前，煤矿井下普遍采用径向流量法确定煤层透气性系数。随着径向流量法的不断推广，其自身存在的问题也被不断暴露出来，在方法设计上，为获得瓦斯径向流动偏微分方程的解析解，将二阶非线性偏微分方程转化为了线性方程，这必然给透气性系数的计算带来一定的误差，其次，在渗透率求解过程中，需要多次试算才能找到合适的计算公式，操作较为复杂，并且有时还存在矛盾解的情况。因此，设计一种能有效克服径向流量法问题的煤层透气性系数确定方法，对于矿井瓦斯资源的开发与利用具有重要的意义。
技术实现思路
为了解决上述技术问题至少之一，根据本专利技术的一方面，提供了一种煤层透气性系数确定方法，步骤如下：S10、设置最小煤层透气性系数λlow与最大煤层透气性系数λhigh；S20、构建搜索路径计算模型，将λlow与λhigh带入搜索路径计算模型，获取第一渗透率系数路径值λl与第二渗透率系数路径值λ2，搜索路径计算模型为，其中，为黄金分割率，取S30、通过在现场实测，获取t0时刻下的现场瓦斯比流量qexp(t0)；S40、获取t0时刻下，煤层透气性系数λ分别为λl和λ2时的计算瓦斯比流量q(λ,t0)；S50、构建目标函数计算模型S，将qexp(t0)及q(λ,t0)带入目标函数计算模型，分别计算λ＝λl和λ＝λ2时目标函数计算模型的值S(λ1)和S(λ2)，目标函数计算模型S为，S＝[qexp(t0)-q(λ,t0)]2；S60、对λlow和λhigh重新赋值，比较S(λ1)和S(λ2)的大小，当S(λ1)＞S(λ2)时，令λlow＝λ1，λhigh不变；当S(λ1)＜S(λ2)时，令λhigh＝λ2，λlow不变；S70、重复步骤S20～S70，直至|S(λ1)-S(λ2)|＜1×10-6时，确定此时的λl和λ2值；S80、通过步骤S70确定的λl和λ2值，计算确定煤层透气性系数λture，λture＝(λ1+λ2)/2。根据本专利技术实施例的煤层透气性系数确定方法，可选的，步骤S10中，设置最小煤层透气性系数λlow＝0，设置最大煤层透气性系数λhigh＝10。根据本专利技术实施例的煤层透气性系数确定方法，可选的，步骤S40中，获取计算瓦斯比流量q(λ,t0)采用有限体积法、有限差分法或有限元法。根据本专利技术实施例的煤层透气性系数确定方法，可选的，步骤S30中，获取现场瓦斯比流量qexp(t0)的具体步骤如下：S31、由岩巷向邻近煤层施工一个穿层钻孔，该穿层钻孔与目标煤层垂直；S32、钻孔施工至目标煤层时，及时接取钻进产生的煤屑，进行相应煤层物性参数测试；S33、钻孔完成后，往钻孔内送入形状与钻孔相匹配的筛管；S34、将胶囊粘液封孔器送入钻孔内；S35、通过注水泵向胶囊粘液封孔器的胶囊内注入高压水，封堵胶囊粘液封孔器两胶囊间的带压粘液，然后向两胶囊间的空间继续注入带压粘液，使带压粘液处的压力高于钻孔内的瓦斯压力；S36、通过阀门封闭钻孔，利用压力表检测钻孔内压力变化，待钻孔内压力能维持一天不变后，将此压力记为煤层原始瓦斯压力，打开阀门，对钻孔卸压；S37、利用多级孔板流量计检测不同阀门开启时间时的瓦斯涌出流量，并换算成瓦斯比流量，取t0时刻的瓦斯比流量为qexp(t0)。根据本专利技术实施例的煤层透气性系数确定方法，可选的，步骤S40中，获取计算瓦斯比流量q(λ,t0)采用有限体积法，具体步骤如下：S41、流场内网格划分，以钻孔轴线长度方向为轴向，以煤层走向为径向，将流场内的网格划分为由n个空心圆柱体状的控制体组成的大空心圆柱体，其中，越靠近钻孔的相邻节点间距越小，相邻节点间距等比变化；S42、构建离散方程，其中，i代表第i个控制体，j代表第j个时间步，Δt为时间步长度，r为第i个控制体网格中央到流场中心的距离，P为瓦斯压力的平方，a和b为朗格缪尔吸附常数，c为煤层孔隙率，ρ为煤体的视密度；受边界条件限制，节点1和节点n处的瓦斯压力平方始终满足下式，其中，Ps为大气压力的平方，Pn为煤层原始瓦斯压力的平方；S43、求解离散方程，随着时间步的不断推进，即可获知全时段内流场的瓦斯压力分布，然后通过下式获取各个时刻下的瓦斯比流量，取t0时刻的瓦斯比流量为q(λ,t0)。本专利技术的煤层透气性系数确定方法，克服了径向流量法中二阶非线性偏微分方程的反向求解问题，避免了矛盾解出现，且本方法对煤层透气性系数的预测精度更高；同时，本专利技术的方法计算模型确定，无需通过多次试算来确定合适的计算公式，因此在实际操作时，可以将计算模型封装在程序中，输入参数即可获得确定煤层透气性系数，操作更加简便；在现场实测方面，本专利技术通过使用胶囊粘液封孔器和筛管护孔技术，来保障煤层瓦斯压力以及钻孔半径的检测准确性，进一步提高了煤层透气性系数的确定精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本专利技术的一些实施例，而非对本专利技术的限制。图1示出了本专利技术在现场实测获取瓦斯比流量时的设备布置示意图；图2示出了本专利技术在现场实测获取瓦斯比流量时的设备布置另一视角示意图；图3示出了本专利技术的流场网格划分示意图；图4示出了目标函数模型缩小搜索范围原理图；图5示出了实施例2中两处测试钻孔瓦斯比流量随时间变化关系图；图6示出了实施例2中不同方法得到煤层透气性系数确定值与时间变化关系图；图7示出了实施例2中钻孔瓦斯比流量预测值与实测值的对比图；附图标记：1、岩巷；2、煤层；3、胶囊粘液封孔器；4、压力表；5、阀门；6、多级孔板流量计；7、筛管；8、注水泵；9、粘液泵；10、带压粘液；11、减压阀；12、氦气瓶。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1准确测试煤层渗透率是瓦斯运移定量化分析的基础，传统的径向流量法在操作过程中，将瓦斯径向流动的二阶非线性偏微分方程线简化为了线性方程，改变了煤体的吸附特性，这必然引起渗透率系数的分析误差，且径向流量法需要通过多次试算来确定合适的计算模型，使得整个方法无法预先封装在程序中既定执行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤层透气性系数确定方法，其特征在于，步骤如下：/nS10、设置最小煤层透气性系数λ

【技术特征摘要】
1.一种煤层透气性系数确定方法，其特征在于，步骤如下：
S10、设置最小煤层透气性系数λlow与最大煤层透气性系数λhigh；
S20、构建搜索路径计算模型，将λlow与λhigh带入搜索路径计算模型，获取第一渗透率系数路径值λ1与第二渗透率系数路径值λ2，搜索路径计算模型为，



其中，为黄金分割率，取
S30、通过在现场实测，获取t0时刻下的现场瓦斯比流量qexp(t0)；
S40、获取t0时刻下，煤层透气性系数λ分别为λl和λ2时的计算瓦斯比流量q(λ,t0)；
S50、构建目标函数计算模型S，将qexp(t0)及q(λ,t0)带入目标函数计算模型，分别计算λ＝λl和λ＝λ2时目标函数计算模型的值S(λ1)和S(λ2)，目标函数计算模型S为，
S＝[qexp(t0)-q(λ,t0)]2；
S60、对λlow和λhigh重新赋值，比较S(λ1)和S(λ2)的大小，当S(λ1)＞S(λ2)时，令λlow＝λ1，λhigh不变；当S(λ1)＜S(λ2)时，令λhigh＝λ2，λlow不变；
S70、重复步骤S20～S70，直至|S(λ1)-S(λ2)|＜1×10-6时，确定此时的λl和λ2值；
S80、通过步骤S70确定的λl和λ2值，计算确定煤层透气性系数λture，
λture＝(λ1+λ2)/2。


2.根据权利要求1所述的一种煤层透气性系数确定方法，其特征在于：步骤S10中，设置最小煤层透气性系数λlow＝0，设置最大煤层透气性系数λhigh＝10。


3.根据权利要求1所述的一种煤层透气性系数确定方法，其特征在于：步骤S40中，获取计算瓦斯比流量q(λ,t0)采用有限体积法、有限差分法或有限元法。


4.根据权利要求1所述的一种煤层透气性系数确定方法，其特征在于，步骤S30中，获取现场瓦斯比流量qexp(t0)的具体步骤如下：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：林柏泉，林明华，杨威，李彦君，王一涵，刘彦池，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32