CN108458951A - 通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法 - Google Patents

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Abstract

通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，包括以下步骤：a、现场取样；b、现场解吸测试；c、解吸率测定；d、计算可解吸瓦斯量；e、计算煤样原始瓦斯含量。本发明能够准确方便的获得煤层原始瓦斯含量。此方法避免了解吸模型推算误差导致的瓦斯含量测定误差，且不需要进行残存量测定，所需设备简单，方法更为方便。在相同地质单元，煤层煤样构造破坏、工业分析等条件一致时，可不需要重复测定吸附平衡压力p1下解吸率，更为便捷。

Description

通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯治理、煤层气资源勘探、开采的理论和应用研究技术领域，尤其涉及通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法。
背景技术
煤层瓦斯含量主要测试方法有直接测定方法和间接测定方法。其中，间接测定方法是利用瓦斯含量与其它参数之间关系推算瓦斯含量。最为常用的是利用瓦斯含量公式及测得的瓦斯压力进行推算，但是瓦斯压力测定周期较长，且测定准确性一直是个难题。直接测定方法多是利用钻孔取样，将瓦斯含量分为取样过程中瓦斯损失量、现场解吸量和残存量三个部分。这种方法受限于瓦斯损失量由解吸模型推算而来，受解吸模型适用性影响，且需要有专业设备进行残存量测定。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，该方法便于操作、测定数值快捷准确。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，包括以下步骤：
a、现场取样；
b、现场解吸测试；
c、解吸率测定；
d、计算可解吸瓦斯量；
e、计算煤样原始瓦斯含量。
步骤a和b的具体过程为：在需要测定煤层瓦斯含量的地点进行钻孔取样，在钻孔钻至煤层时开始计时，称重后装入带有压力表的煤样罐中，然后进行现场解吸测试，记录现场解吸测试开始进行时的时间为t1,开始瓦斯解吸测定后，记录时间点t2，同时记录t1至t2时间段内煤样的瓦斯解吸量。
步骤c的具体过程为：将煤样罐放于与煤层温度相同的恒温水浴中进行吸附平衡，记录平衡压力为p1，然后打开煤样罐测定并记录在t1、t2时刻煤样的瓦斯解吸量、。
步骤d的具体过程为：根据瓦斯含量方程计算煤样在吸附平衡压力p1下煤层瓦斯含量和标准大气压p0下煤层瓦斯含量，
（1）
式中：p为瓦斯压力，MPa；p0为标准大气压力，0.1MPa；a为吸附常数，表明煤的最大吸附量，m3/t；b为吸附常数，MPa-1；W为煤样水分，%；A为煤样灰分，%；为煤样孔隙率，%；为煤样假密度，t/m3；
p1替换公式（1）中的p，从而可得到吸附平衡压力p1下可解吸瓦斯量，式中 为瓦斯含量，mL/g；为煤样吸附平衡压力，MPa。
步骤e的具体过程为：
（1）先计算吸附平衡压力p1下解吸率
通过下式可得t1、t2时刻解吸率n1、n2
（2）
（3）
（2）现场解吸煤样解吸率
根据不同瓦斯压力下煤样解吸率与时间关系一致的原理，可得现场解吸煤样在t1、t2时刻解吸率同样为n1、n2；
（3）现场解吸煤样瓦斯含量计算
现场解吸煤样的瓦斯含量可通过下式计算：
（4）
所得瓦斯含量值即为取样地点煤层原始瓦斯含量。
采用上述技术方案，本发明基于煤样在不同瓦斯压力下解吸率（定义为瓦斯解吸量与可解吸瓦斯量之比）随时间变化规律相似，可利用任一可知的压力下解吸率变化曲线来确定现场煤层瓦斯压力下瓦斯解吸率变化，再根据现场解吸量推算煤层瓦斯含量。此方法不需要选取解吸模型推算取样过程中瓦斯损失量，且不需要进行残存量测定。
本发明能够准确方便的获得煤层原始瓦斯含量。此方法避免了解吸模型推算误差导致的瓦斯含量测定误差，且不需要进行残存量测定，所需设备简单，方法更为方便。在相同地质单元，煤层煤样构造破坏、工业分析等条件一致时，可不需要重复测定吸附平衡压力p1下解吸率，更为便捷。
具体实施方式
为使本领域技术人员详细了解本发明的生产工艺和技术效果，下面以具体的生产实例来进一步介绍本发明的应用和技术效果。
步骤一：现场取样
在需要测定煤层瓦斯含量的地点进行钻孔取样，在钻孔钻至煤层时开始计时。称重后装入带有压力表的煤样罐中，煤样质量为220g。然后进行现场解吸测试，记录此时时间为5min。
步骤二：现场解吸测试
现场测定并记录5min至15min时间段内煤样的瓦斯解吸量为0.13m3/t。
步骤三：解吸率测定
将煤样罐放于30℃恒温水浴中进行吸附平衡，48h之后其平衡压力p1为1.88MPa。然后打开煤样罐进行解吸测试，记录在5min时刻煤样的瓦斯解吸量为0.34 m3/t、15min时刻煤样的瓦斯解吸量为0.58 m3/t。
步骤三：根据下面的瓦斯含量方程
（1）
式中：p为瓦斯压力，MPa；p0为标准大气压力，0.1MPa；a为吸附常数，表明煤的最大吸附量，m3/t；b为吸附常数，MPa-1；W为煤样水分，%；A为煤样灰分，%；为煤样孔隙率，%；为煤样假密度，t/m3。煤层的a值为23.31 m3/t；b值为0.814MPa-1；水分W为1.34%；灰分A为11.23%；孔隙率为5.9%；煤样假密度为1.28 t/m3。则带入平衡压力1.88MPa、标准大气压力值0.1MPa，可得其瓦斯含量分别为9.57 m3/t、1.13 m3/t。继而得到吸附平衡压力1.88MPa下可解吸瓦斯量为8.44 m3/t。
步骤五：计算煤样原始瓦斯含量
（1）计算吸附平衡压力p1下解吸率
通过式（2）可得5min时解吸率n1=0.34 （m3/t）/8.44（m3/t）= 0.04，通过式（3），可得15min时解吸率 n2=0.58（m3/t）/8.44 （m3/t）=0.069。
（2）现场解吸煤样解吸率
根据不同瓦斯压力下煤样解吸率与时间关系一致，可得现场解吸煤样在5min、15min时刻解吸率同样为0.04、0.069。
（3）现场解吸煤样瓦斯含量计算
现场解吸煤样的瓦斯含量可通过式（4）进行计算，瓦斯含量Q=0.13（m3/t）/（0.069-0.04）+1.13 m3/t=5.6 m3/t。则取样地点煤层瓦斯含量为5.6 m3/t。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构、方向等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、现场取样；
b、现场解吸测试；
c、解吸率测定；
d、计算可解吸瓦斯量；
e、计算煤样原始瓦斯含量。
2.根据权利要求1所述的通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于：步骤a和b的具体过程为：在需要测定煤层瓦斯含量的地点进行钻孔取样，在钻孔钻至煤层时开始计时，称重后装入带有压力表的煤样罐中，然后进行现场解吸测试，记录现场解吸测试开始进行时的时间为t1,开始瓦斯解吸测定后，记录时间点t2，同时记录t1至t2时间段内煤样的瓦斯解吸量。
3.根据权利要求2所述的通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于：步骤c的具体过程为：将煤样罐放于与煤层温度相同的恒温水浴中进行吸附平衡，记录平衡压力为p1，然后打开煤样罐测定并记录在t1、t2时刻煤样的瓦斯解吸量、。
4.根据权利要求3所述的通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于：步骤d的具体过程为：根据瓦斯含量方程计算煤样在吸附平衡压力p1下煤层瓦斯含量和标准大气压p0下煤层瓦斯含量，
（1）
式中：p为瓦斯压力，MPa；p0为标准大气压力，0.1MPa；a为吸附常数，表明煤的最大吸附量，m3/t；b为吸附常数，MPa-1；W为煤样水分，%；A为煤样灰分，%；为煤样孔隙率，%；为煤样假密度，t/m3；
p1替换公式（1）中的p，从而可得到吸附平衡压力p1下可解吸瓦斯量，式中 为瓦斯含量，mL/g；为煤样吸附平衡压力，MPa。
5.根据权利要求4所述的通过解吸率快速确定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于：步骤e的具体过程为：
（1）先计算吸附平衡压力p1下解吸率
通过下式可得t1、t2时刻解吸率n1、n2
（2）
（3）
（2）现场解吸煤样解吸率
根据不同瓦斯压力下煤样解吸率与时间关系一致的原理，可得现场解吸煤样在t1、t2时刻解吸率同样为n1、n2；
（3）现场解吸煤样瓦斯含量计算
现场解吸煤样的瓦斯含量可通过下式计算：
（4）
所得瓦斯含量值即为取样地点煤层原始瓦斯含量。
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