CN103983534A

CN103983534A - 一种瓦斯损失量推算方法

Info

Publication number: CN103983534A
Application number: CN201410221821.8A
Authority: CN
Inventors: 史广山; 魏风清; 韩世英; 崔益鸣
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2014-05-26
Filing date: 2014-05-26
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2034-05-26
Also published as: CN103983534B

Abstract

本发明涉及一种通过累计解吸量与时间的关系来推算瓦斯损失量的方法。大量的实验表明：煤钻屑卸压后初期阶段累计解吸量与时间的关系程V=A(t/T)ⁿ，但幂指数n不是常数，n与瓦斯压力有关，并随时间而变化，准确确定累计解吸量的幂指数n是推算瓦斯损失量的关键。为了准确计算瓦斯损失量①首先通过现场测定来评价煤层瓦斯压力的大小；②现场测定瓦斯含量同时记下观测时间t，随时间t的累计解吸量V_t，总的解吸时间T，损失时间t₀；③在实验室测定待测煤层瓦斯压力条件下的n值；借助Excel用最小二乘法得出lnV_t与ln[(t+t₀)ⁿ-t₀ ⁿ]的一元回归关系式，其中截距即为ln（A/Tⁿ），带入n值、T值，得出A值；④将A值、T值、n值带入V₀=A（t₀/T）ⁿ从而得出瓦斯损失量V₀。

Description

一种瓦斯损失量推算方法

技术领域

本发明属于煤层瓦斯含量测定技术领域，具体涉及一种瓦斯损失量推算方法，。

背景技术

煤层瓦斯含量是煤层瓦斯主要参数之一，是矿井进行矿井通风设计、瓦斯涌出量预测、瓦斯突出预测、瓦斯抽采设计的重要基础参数。

瓦斯含量由三部分组成：损失量、解吸量、残存量，其中解吸量和残存量能够较为准确的测定，而瓦斯损失量主要通过解吸规律推算得到，计算方法主要有法和幂指数法。

法：是根据煤样开始暴露一段时间t内累计解吸量V和呈直线关系来进行确定，即：

式中：a、b为待定常数，当=0时，V=a，a值即为所求的损失瓦斯量。

计算a值前首先以为横坐标，以V为纵坐标作图，由图大致判定呈线性关系的各测点，然后根据这些点的坐标值，按最小二乘法求出a值，即为所求的损失瓦斯量。

幂指数法：试验表明，煤样解吸瓦斯随时间变化的规律较好地符合下式：

q=q ₁ t ^-k

式中　q——在解吸时间为t时煤样的解吸瓦斯速度，mL/g·min；

　　　q ₁——t=1min时煤样瓦斯解吸速度，mL/g·min；

　　　k——解吸速度随时间的衰减系数。

在解吸时间为t时累计的解吸瓦斯量为：

在测定时从钻孔见煤时开始计时，直至开始进行煤样瓦斯解吸测定这段时间即为煤样解吸测定前的暴露时间t ₀，显然，瓦斯损失量为：

式中: V ₀——煤样瓦斯损失量，mL/g；

　　　t ₀——解吸测定前煤样暴露时间，min。

由式可以看出，当k≥1时，无解；因此，利用幂函数规律求算瓦斯损失量仅适用于k<1的场合，为此在采煤样时应尽量选取较大的粒度。

为了弥补这一不足，中国矿业大学的俞启香教授对取样时的钻屑损失瓦斯量计算作了改进，改进后的方法适应于所有煤层，无论突出煤还是非突出煤，也无论煤样粒度。

瓦斯损失量推算公式为：

式中：　r ₀——钻屑开始解吸瓦斯时的解吸瓦斯速度；

　　　k——常数；

　　　t ₁——煤样从脱离煤体至开始解吸测定所用时间。

以上瓦斯损失量计算方法还存在以下缺点：法认为解吸总量V与时间的关系呈幂指数关系。V=At ⁿ且n=0.5即V=At^0.5，但实际上n不是常数，实践表明：当煤的破坏程度越大、瓦斯压力越大，用法计算瓦斯损失量就越大。

同理，幂指数法用钻屑解吸一段时间之后的解吸强度来推算钻屑刚暴露的初始解吸强度，其得到的幂指数k也不准确。煤钻屑暴露时间越长、煤的破坏越剧烈、瓦斯压力越大，计算所得到的瓦斯损失量误差就越大。

发明内容：

本发明目的在于提供一种瓦斯损失量推算方法，用于煤层瓦斯含量测定。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种瓦斯损失量推算方法，其包括以下步骤：

1）根据AQ1047-2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》测定瓦斯压力P。

2）根据GB/T-23250《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》现场测定煤层瓦斯含量，同时记下解吸时间t（时间间隔为1min），随时间t的累计解吸量V _t（每1min读一次数），总的解吸时间T，损失时间t₀；

3）收集打钻过程中的煤样钻屑，用塑料袋包好送至实验室进行相应的吸附、解吸试验，具体为：

将收集的煤样钻屑放入吸附系统中，预先抽真空10h，然后充入甲烷至煤层瓦斯压力P并吸附平衡24h；

将吸附系统放气2s后，与解吸系统相连进行解吸试验，同时记下在与步骤2）中总的解吸时间T相同情况下的观测时间t₁（时间间隔为1min），随时间t₁的累计解吸量V _t1（每1min读一次数）。

4）根据公式V _t1=A₁(t₁/T)ⁿ借助Excel拟合计算出n值。

5）根据关系式：V=A（t_总/T）ⁿ，其中V=V _t+V ₀，t_总=t+t₀

Ｖ _t=A[(t+t₀)/T)]ⁿ-A(t₀/T)ⁿ

（1）

由式（1）可知lnV _t与ln[(t+t₀)ⁿ-t₀ ⁿ]呈直线关系。

6）借助Excel用最小二乘法得出lnV _t与ln[(t+t₀)ⁿ-t₀ ⁿ]的一元回归关系式，其中截距即为ln（A/Tⁿ），带入n值、T值计算出A值。

7）将T值、t₀值、n值和A值带入公式V ₀=A（t₀/T）ⁿ得出瓦斯损失量V ₀。

本发明中涉及的吸附系统和解吸系统均为本领域常规技术，具体可参见图1。图1虚线框内为吸附系统，虚线框左侧为解吸系统。所述吸附系统由顺次连接的真空泵6、煤样罐7和甲烷罐9组成，其中真空泵6与煤样罐7之间的管路上设有阀门。所述煤样罐7上端口连接压力表8，煤样罐7上端口与压力表8之间的管路上设有阀门。所述甲烷罐9与煤样罐7之间的管路上也设有阀门。所述解吸系统可选用瓦斯解吸仪。瓦斯解吸仪进口、及进口与煤样罐连接的管路上均设有阀门。

和现有技术相比，本发明方法的优点：

本发明方法认为：解吸总量V与时间t的关系呈幂指数关系，即V=A(t/T)ⁿ。通过以上分析，准确确定累计解吸量的幂指数n值是推测瓦斯损失量的关键，而n与瓦斯压力和解吸时间有关。该方法通过测定瓦斯压力和瓦斯解吸时间来准确确定累计解吸量的幂指数，从而使瓦斯损失量的计算结果更加准确。

附图说明：

图1 瓦斯吸附、解吸试验系统示意图；图中虚线框内为吸附系统，虚线框左侧为解吸系统；图中1、2、3、4和5为阀门，6为真空泵，7为煤样罐，8为压力表，9为甲烷罐；

图2 为n值计算图；

图3为A值计算图。

实施例1

一种瓦斯损失量推算方法，其包括以下步骤：

1）根据AQ1047-2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》测定瓦斯压力为P=0.6MPa。

2）根据GB/T-23250《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》现场测定煤层瓦斯含量，同时记下解吸时间t（时间间隔为1min），随时间t的累计解吸量V _t（每1min读一次数），

表1 现场瓦斯解吸测定表

3）收集打钻过程中的煤样钻屑，用塑料袋包好送至实验室进行相应的吸附、解吸试验；具体为：

将收集的煤样钻屑放入吸附系统中，预先抽真空10h，然后充入甲烷至煤层瓦斯压力P=0.6MPa，并吸附平衡24h，见图1；

将吸附系统放气2s后，与解吸系统相连进行解吸试验，同时记下观测时间t₁（时间间隔为1min），随时间t₁的累计解吸量V _t1（每1min读一次数），总的解吸时间T，具体见表2。

4）根据公式V _t1=A₁(t₁/T)ⁿ借助Excel拟合计算出n值，n=0.3，见图2。

5）根据关系式，借助Excel用最小二乘法得出lnV _t与ln[(t+t₀)ⁿ-t₀ ⁿ]的一元回归关系式见表3和图3，关系式为：ln[(t+t₀)]ⁿ-t₀ ⁿ]=1.0629lnv_t-5.5702，其中截距即为ln（A/Tⁿ），则ln（A/Tⁿ）=5.5702，将n=0.3、T=30带入，计算得出A=728.2。

6）将T=30min、t₀=2min、n=0.3和A=728.2带入公式V ₀=A（t₀/T）ⁿ得出瓦斯损失量V ₀=365mL。

表2 实验室累计瓦斯解吸测定表

表3 现场数据整理表

（n=0.3，T=30min，t ₀ =2min）

。

Claims

1.一种瓦斯损失量推算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）根据AQ1047-2007《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》测定瓦斯压力P；

2）根据GB/T-23250《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》现场测定煤层瓦斯含量，同时记下解吸时间t，随时间t的累计解吸量V _t，总的解吸时间T，损失时间t₀；

3）将收集的煤样钻屑放入吸附系统中，预先抽真空10h，然后充入甲烷至煤层瓦斯压力P并吸附平衡24h；

4）将吸附系统放气2s后，与解吸系统相连进行解吸试验，同时记下在与步骤2）中总的解吸时间T相同情况下的观测时间t₁，随时间t₁的累计解吸量V _t1；

5）根据公式V _t1=A₁(t₁/T)ⁿ借助Excel拟合计算出n值；

6）根据关系式可知lnV _t与ln[(t+t₀)ⁿ-t₀ ⁿ]呈直线关系；

7）借助Excel用最小二乘法得出lnV _t与ln[(t+t₀)ⁿ-t₀ ⁿ]的一元回归关系式，其中截距即为ln（A/Tⁿ），带入n值、T值计算出A值；

8）将T值、t₀值、n值和A值带入公式V ₀=A（t₀/T）ⁿ得出瓦斯损失量V ₀。