CN104462782B - 利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，包括：a.采集工作面回风瓦斯涌出特征参数；b.根据所述煤壁瓦斯涌出特征参数，获取工作面瓦斯涌出量；c.利用工作面瓦斯涌出量，计算工作面瓦斯涌出分源特征指标；d.根据工作面瓦斯涌出分源特征指标判断煤壁渗透性及渗透性的变化情况。数据采集方便，计算方法简单，判定的结果真实可靠，煤矿工作人员可以通过对煤体渗透性的变化情况，采取对应措施，可以大大提高煤矿工作面的安全性。

Description

利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法

技术领域

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及利用瓦斯涌出特征反应煤体渗透性变化的方法。

背景技术

煤储层渗透性是进行煤层气渗流分析的主要参数，在煤层气资源已经查明的前提条件下，煤储层渗透性又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一，煤储层在排水降压过程中，随着水和甲烷的解吸、扩散和排出，有效应力效应、煤基质收缩效应、气体滑脱效应使煤储层的渗透性呈现动态变化，目前渗透性的获取方法通常采用实验室测定、地球物理测井曲线换算、煤储层透气性系数换算、试井方法和储层数值模拟等方式，但不同的方法计算的结果变化很大，难以相互对比，并且以上这些常规方法，并不能准确的反应煤体渗透性的变化情况，无法根据煤体渗透性的变化情况对煤矿工作面的安全性做出判断。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法。用以判断煤体渗透性优劣，通过对煤体渗透性的变化，来判断工作面的安全性。

一种利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，包括：

a.采集工作面回风瓦斯涌出特征参数；

b.所述煤壁瓦斯涌出特征参数，获取工作面瓦斯涌出量；

c.利用工作面瓦斯涌出量，计算工作面瓦斯涌出分源特征指标；

d.根据工作面瓦斯涌出分源特征指标判断煤壁渗透性及渗透性的变化情况。

进一步，所述工作面瓦斯涌出量包括工作面煤壁瓦斯涌出量和工作面落煤瓦斯涌出量，所述工作面煤壁瓦斯涌出量和工作面落煤瓦斯涌出量分别利用如下公式获取：

其中：Q_i,1,min——第i班次时间内，工作面煤壁瓦斯涌出量Q₁的最小值；单位：m³/min；

n——时间步长，；单位：min；

X_p——第p分钟瓦斯浓度；％；

W_p——第p分钟风量；单位：m³；

Q_i,2,max——第i班次时间内，工作面落煤瓦斯涌出量Q₂的最大值，m³/min；

m——时间步长；单位：min。

进一步，所述工作瓦斯涌出分源特征指标利用如下公式获取：

其中：C_i,1——第i班次时间内，工作瓦斯涌出分源特征指标C，无量纲；

C_j,1——第j班次时间内，工作面瓦斯涌出分源特征指标C；T——班次数据监测时长；单位：min；

进一步，所述工作瓦斯涌出分源特征指标还包括工作瓦斯涌出分院特征指标的变化趋势，所述变化趋势利用如下公式获取：

其中，k——班次数；单位：次；

C_i,2——第i班次时间内，工作瓦斯涌出分源特征指标C变化趋势；无量纲。

进一步，利用工作瓦斯涌出分源特征指标及其变化趋势判断工作面煤壁渗透性及渗透性的变化情况：

当C_i,1变大，则判定煤壁透气性较差；当C_i,2大于1时，则判定煤壁透气性降低，工作面危险性增加；

当C_i,1变小，则判定煤壁透气性较好；当C_i,2小于1时，则判定煤壁透气性增加，工作面危险性减小。

进一步，所述工作面煤壁瓦斯涌出分源特征参数包括工作面的瓦斯浓度数据、风量数据和数据检测时间。

本发明的有益效果：煤体渗透性的变化是工作面突出危险性变化的主要反映之一，但是现有的煤体渗透性测定方法几乎不能在生产现场使用。本申请利用瓦斯涌出特征来判定煤体渗透性及其变化情况，数据采集方便，计算方法简单，判定的结果真实可靠，通过分析煤层的渗透性及其变化情况，有助于提高工作面的安全性，煤矿工作人员可以通过对煤体渗透性的变化情况，提前采取对应安全措施，杜绝安全隐患，大大降低了煤矿工作面的危险性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的原理流程示意图。

具体实施方式

图1是本发明的原理流程示意图。

如图1所示，获取工作面瓦斯浓度数据和工作面风量数据，在本实施例中，获取工作面回风瓦斯浓度数据和风量数据，利用瓦斯浓度数据、风量数据以及数据观测时间，计算班次时间内工作面n分钟移动瓦斯涌出量最小值与m分钟移动瓦斯涌出量最大值，分别代表工作面煤壁瓦斯涌出量Q₁和工作面落煤瓦斯涌出量Q₂；由于工作面在非作业期间的瓦斯涌出量最小，而此时工作面只有煤壁瓦斯涌出，所以将n分钟移动瓦斯涌出量的最小值代表煤壁瓦斯涌出量；工作面在作业期间，瓦斯涌出量增大十分显著，此时工作面的主要瓦斯涌出来源于落煤，因此将m分钟移动瓦斯涌出量最大值代表工作面落煤瓦斯涌出量。

煤壁瓦斯涌出和落煤瓦斯涌出是开采层瓦斯涌出的重要组成部分，因此研究煤壁及落煤瓦斯涌出特征是高产高效工作面瓦斯涌出规律研究的基础性工作，煤壁瓦斯涌出最基本的特征是涌出强度随时间延续而不断地衰减，而落煤瓦斯涌出由于采煤机割煤，使煤体破碎，从而提高了煤的瓦斯放散速度，瓦斯在块煤中的散逸过程基本上是一个扩散过程。

在本实施例中，工作面煤壁瓦斯涌出量Q₁和工作面落煤瓦斯涌出量利用如下公式获取：

式中：

Q_i,1,min——第i班次时间内，工作面煤壁瓦斯涌出量Q₁的最小值，m³/min；

n——时间步长，一般取30-180min之间；单位：min；

X_p——第p分钟瓦斯浓度；％；

W_p——第p分钟风量；单位：m³；

Q_i,2,max——第i班次时间内，工作面落煤瓦斯涌出量Q₂的最大值，m³/min；

m——时间步长，一般取30-180min之间；单位：min。

利用工作面煤壁瓦斯涌出量Q₁和工作面落煤瓦斯涌出量Q₂计算工作瓦斯涌出分源特征指标C；

式中：C_i,1——第i班次时间内，工作瓦斯涌出分源特征指标C；

C_j,1——第j班次时间内，工作面瓦斯涌出分源特征指标C；T——班次数据监测时长；单位：min；

k——班次数；单位：次；

C_i,2——第i班次时间内，工作瓦斯涌出分源特征指标C变化趋势。

利用工作瓦斯涌出分源特征指标C和C变化趋势判断工作面煤壁渗透性的变化情况。

当C_i,1变大，则判定煤壁透气性较差；当C_i,2大于1时，则判定煤壁透气性降低，工作面危险性增加；

当C_i,1变小，则判定煤壁透气性较好；当C_i,2小于1时，则判定煤壁透气性增加，工作面危险性减小。

当C_i,1不变，C_i,2等于1时，表示煤壁透气性能无变化。其中C_i,1变小或变大是以时间顺序变化为参照，即第J分钟的C_i,1与第J-1分钟的C_i,1相比，若第J分钟的C_i,1大于第J-1分钟的C_i,1，则说明C_i,1变大，反之，即为变小。

在本实施例中，利用落煤瓦斯涌出占总瓦斯涌出比例的变化判断煤体渗透性的变化，当落煤瓦斯涌出占比多或者增加时，根据质量守恒定律可以得出，煤壁瓦斯涌出占比就少或者减小，此时煤壁渗透性就会降低，煤壁渗透性降低，工作面煤体突出危险性就会增加。由于瓦斯涌出总量是一定的，落煤瓦斯涌出多，就说明煤壁瓦斯涌出少，而煤壁瓦斯涌出少，则代表煤体渗透性不佳，煤体突出危险性增加。相对应的，当落煤瓦斯涌出占比少或者降低时，根据质量守恒定律可以得出，煤壁瓦斯涌出占比就多或者增加，此时煤壁渗透性就会升高，煤壁渗透性增加，工作面煤体突出的危险性就会减小。由于瓦斯涌出总量是一定的，落煤瓦斯涌出少，就说明煤壁瓦斯涌出多，而煤壁瓦斯涌出多，则代表煤体渗透性较好，突出危险性降低。因此，本实施例利用瓦斯涌出特征来反应煤体渗透性及其变化，不仅计算简单，而且真实可靠，对煤体工作面的安全性具有十分重要的意义。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，其特征在于：包括

a.采集工作面回风瓦斯涌出特征参数；

b.根据煤壁瓦斯涌出特征参数，获取工作面瓦斯涌出量；

c.利用工作面瓦斯涌出量，计算工作面瓦斯涌出分源特征指标；

d.根据工作面瓦斯涌出分源特征指标判断煤壁渗透性及渗透性的变化情况；

所述工作面瓦斯涌出量包括工作面煤壁瓦斯涌出量和工作面落煤瓦斯涌出量，所述工作面煤壁瓦斯涌出量和工作面落煤瓦斯涌出量分别利用如下公式获取：

$Q_{i,1,\min }=\frac{1}{n}\underset{p=v-n}{\overset{v}{\Σ}}(X_p\×W_p);$

$Q_{i,2,max}=\frac{1}{m}\underset{p=v-m}{\overset{v}{\Σ}}(X_p\×W_p)$

其中：

n——时间步长；单位：min；

X_p——第p分钟瓦斯浓度；％；

W_p——第p分钟风量；单位：m³；

Q_i,1,min——第i班次时间内，工作面煤壁瓦斯涌出量Q₁的最小值；单位：m³/min；

Q_i,2,max——第i班次时间内，工作面落煤瓦斯涌出量Q₂的最大值；单位：m³/min；

m——时间步长；单位：min。

2.根据权利要求1所述利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，其特征在于：所述工作面瓦斯涌出分源特征指标利用如下公式获取：

$C_{i,1}=\frac{Q_{i,2,min}}{\underset{j=0}{\overset{T}{\Σ}}(X_j\×W_j)}$

其中：

C_i,1——第i班次时间内，工作瓦斯涌出分源特征指标C，无量纲；

T——班次数据监测时长；单位：min；

X_j——第j分钟瓦斯浓度；％；

W_j——第j分钟风量；单位：m³；

Q_i,2,max——第i班次时间内，工作面落煤瓦斯涌出量Q₂的最大值；单位：m³/min。

3.根据权利要求2所述利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，其特征在于：所述工作面瓦斯涌出分源特征指标还包括工作瓦斯涌出的变化趋势，所述变化趋势利用如下公式获取：

$C_{i,2}=\frac{C_{i,1}}{\underset{j=0}{\overset{k}{\Σ}}{C}_{j,1}}\×k$

其中，k——班次数；单位：次；C_i,1——第i班次时间内，工作面瓦斯涌出分源特征指标C；

C_i,2——第i班次时间内，工作面瓦斯涌出的变化趋势。

4.根据权利要求3所述利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，其特征在于：步骤d包括利用工作面瓦斯涌出分源特征指标及工作面瓦斯涌出变化趋势判断工作面煤壁渗透性及渗透性的变化情况：

当C_i,1变大，则判定煤壁透气性差；当C_i,2大于1时，则判定煤壁透气性降低，工作面危险性增加；

当C_i,1变小，则判定煤壁透气性好；当C_i,2小于1时，则判定煤壁透气性增加，工作面危险性减小。

5.根据权利要求1所述利用瓦斯涌出特征反映煤体渗透性变化的方法，其特征在于：工作面煤壁瓦斯涌出特征参数包括工作面的回风瓦斯浓度数据、风量数据和数据检测时间。