CN110286003A - 一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，采用同位素地球化学方法，通过测定控制区域内各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分含量及其同位素值、稀有气体组分含量及其同位素值，划分出表征不同目标煤层的主控气体组分，拟合得到主控气体组分含量及其同位素等值线图，采用插值法得到联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值，基于化学组成质量守恒原则，建立计算模型，定量确定混源瓦斯气体中来自各个目标煤层的混合比。本发明能够精确计算煤层群联合抽采瓦斯气体中不同目标煤层混源比例，克服煤矿井下混源瓦斯气体不能定量确定的难题，为煤层瓦斯抽采达标评判提供理论基础，有效保障矿井生产安全。

Description

一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采及利用技术领域，具体涉及一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法。
背景技术
钻孔预抽煤层瓦斯作为最常用的技术措施在煤矿井下瓦斯灾害防治及煤层气开发得到最广泛应用，根据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》的要求，煤层在预抽后需要进行瓦斯抽采效果的达标评判，预抽不达标就开展采掘活动会导致严重的后果。我国大部分煤矿属于煤层群开采，在进行石门揭煤或煤巷掘进前，大多数矿井在顶底板岩石巷道布置穿层钻孔联合抽采多个煤层瓦斯，该方法能提升抽采钻孔利用率、降低瓦斯治理成本，经济高效的保障矿井安全生产。但是，采用煤层群联合抽采的是多个煤层的瓦斯混合气体，依靠现有单个煤层瓦斯抽采的计量方法和装置，无法单独计量煤层群中各个煤层实际的瓦斯抽采量，也就难以通过计算各个煤层的残余瓦斯含量、可解吸瓦斯含量以及瓦斯抽采率来判定各个煤层瓦斯抽采是否达标，为后期煤炭采掘活动埋下安全隐患。
以往对于煤层群联合抽采瓦斯气体中来自于各个目标煤层的瓦斯气体体积，主要是根据钻孔施工过程中穿过各个目标煤层的实际长度与钻孔累计见煤长度的比值，结合煤层群联合抽采混合体积进行综合计算，该方法在现场应用比较方便，但是该方法将各个目标煤层视为同一性质的煤体来进行简便计算，没有考虑各个目标煤层的煤体赋存、瓦斯参数等差异特性，造成计算得到的混源比例与实际情况出入较大，无法有效指导各个目标煤层的瓦斯抽采达标评判。
因此，需要探索一种能够定量确定煤层群联合抽采瓦斯气体中混源比例的方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，所述方法为同位素地球化学方法。
进一步，所述方法包括如下步骤：
(1)测定控制区域内各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分的含量及其所述常规气体组分的同位素值、稀有气体组分的含量及其所述稀有气体组分的同位素值，对所述常规气体组分的同位素值和所述稀有气体组分的同位素值进行典型性分析，根据分析结果选择出能够表征不同目标煤层的主控气体组分；
(2)根据步骤(1)中选择的所述主控气体组分的含量及其同位素值进行拟合分析，得到控制区域内各个目标煤层所述主控气体组分的含量及其所述主控气体组分的同位素等值线图；
(3)精确定位煤层群联合抽采钻孔与各个目标煤层相交位置的地理坐标，根据步骤(2)中所述主控气体组分的含量及其所述主控气体组分的同位素等值线图，采用插值法得到联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分的含量及其同位素值；
(4)根据步骤(3)中所述联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分的含量及其同位素值，结合测试得到的煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分的含量及其同位素值，建立混源瓦斯气体计算模型，从而定量确定所述混源瓦斯气体中来自各个目标煤层的混合比。
进一步，所述控制区域包括煤层群联合抽采区域，所述目标煤层控制点在所述控制区域内分布均匀，能够有效代表所述控制区域的特征。
进一步，各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分包括H2、N2、CO2、CH4和C2H6，常规气体组分的同位素值包括δD、δ13C、δ15N和δ18O。
进一步，各个目标煤层控制点瓦斯气体中稀有气体组分包括He和Ar，稀有气体组分的同位素值包括3He/4He和40Ar/36Ar。
进一步，所述表征不同目标煤层的主控气体组分包含H2、N2、CO2、CH4、C2H6、He或者Ar中至少一种，所述煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分与所述表征不同目标煤层的主控气体组分相同。
进一步，所述主控气体组分的同位素等值线图包括δD(H2)等值线图、δ15N(N2)等值线图、δ13C(CO2)等值线图、δ18O(CO2)等值线图、δ13C(CH4)等值线图、δD(CH4)等值线图、δ13C(C2H6)等值线图、δD(C2H6)等值线图、3He/4He等值线图或者40Ar/36Ar等值线图中的任意一种或几种。
进一步，所述插值法是利用所述各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值在所述控制区域中已知的若干点的函数值，绘制适当的等值线图，在控制区域的其他点上用这等值线图的值作为各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值。
进一步，所述定量确定是基于混源气体化学组成质量守恒原则，建立混源瓦斯气体计算模型：
其中，V1、V2、···Vn为所述n个目标煤层瓦斯气体的混合比，其中n为小于等于11的正整数，％；δmix为所述煤层群联合抽采混源瓦斯气体中一种主控气体组分的同位素值，‰；W1、W2、···Wn为所述n个目标煤层瓦斯气体其中一种主控气体组分含量；δ1、δ2、···δn为所述n个目标煤层瓦斯气体其中一种主控气体组分同位素值，‰。
进一步，n个目标煤层瓦斯气体主控气体组分含量和同位素值可以根据所述n-1个等值线图求得，则所述计算模型可以组成n个方程组，根据所述n个方程组可以计算得到n个目标煤层瓦斯气体的混合比。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其实施效果如下：通过测定控制区域内各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分含量及其同位素值、稀有气体组分含量及其同位素值，划分出表征不同目标煤层的主控气体组分，拟合得到控制区域内各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素等值线图，采用插值法得到联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值，基于混源气体化学组成质量守恒原则，结合煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分含量及其同位素值，建立混源瓦斯气体计算模型，定量确定混源瓦斯气体中来自各个目标煤层的混合比。该方法能够精确计算煤层群联合抽采瓦斯气体中不同目标煤层混源比例，克服煤矿井下混源瓦斯气体不能定量确定的难题，为煤层瓦斯抽采达标评判提供理论基础，有效保障矿井生产安全。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中混源比例确定方法的实施流程图；
图2为本发明实施例中的控制区域及控制点布置平面图；
图3为本发明实施例中的控制区域及控制点布置剖面图；
图4为本发明实施例中的解吸气体气样采集示意图；
图5为本发明实施例中的抽采气体气样采集示意图；
图6为实施例中M6煤层CH4气体组分含量等值线图；
图7为实施例中M6煤层δ13C(CH4)同位素值等值线图；
图8为实施例中M8煤层CH4气体组分含量等值线图；
图9为实施例中M8煤层δ13C(CH4)同位素值等值线图。
其中：1为M6煤层；2为M8煤层；3为M6煤层工作面回风巷；4为M6煤层工作面进风巷；5为+300大巷；6为+380大巷；7为300N1抬高石门；8为300N2抬高石门；9为380N1平石门；10为380N2平石门；11为380N1抬高石门；12为380N2抬高石门；13为控制区域；k8-1～k8-6为M8煤层控制点；m-1～m-5为煤层群联合抽采钻孔；14为煤样；15为煤样罐体；16为煤样罐盖；17为控制阀门；18为硅胶管；19为盛水容器；20为水；21为盐水瓶；22为反口塞；23为巷帮；24为Φ75mm钻孔；25为PVC筛孔管；26为管箍；27为Φ50mm钢丝软管；28为联抽支管；29为单孔阀门；30为测流口；31为FW-2型高负压瓦斯采取器；32为进气口；33为活塞；34为出气口。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例
一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法的实施流程图如图1所示，结合西南地区某煤矿M6煤层1和M8煤层2组成的两个煤层群联合抽采的混源瓦斯气体混合比例的确定方法为例，说明本发明方法的具体实施过程：
西南地区某煤矿试验区域如图2和图3所示，矿井范围内含M6煤层1和M8煤层2，矿井已经布置完成M6煤层工作面回风巷3和M6煤层工作面进风巷4，矿井设计在+300大巷5和+380大巷6施工煤层群联合抽采钻孔，煤层群联合抽采钻孔终孔点坐标覆盖范围为控制区域13。
控制区域13内M6煤层控制点k6-1～k6-6和M8煤层控制点k8-1～k8-6分别布置在300N1抬高石门7、300N2抬高石门8、380N1平石门9、380N2平石门10、380N1抬高石门11和380N2抬高石门12处，在石门揭穿M6、M8煤层处施工顺煤层钻孔，钻孔施工过程中采集M6、M8煤层煤样制备解吸气体，为了采集到煤层原始煤样，钻孔深度至少达到15m。
本发明采用排水集气法采集解吸气样过程如图4所示，将M6、M8煤层控制点采集的煤样14装入煤样罐体15里面，旋紧煤样罐盖16并打开控制阀门17使煤样罐里面的空气排出1～2min，然后将硅胶管18一端插入煤样罐盖16上的排气口，另一端插入有水20的容器19里面，待硅胶管冒泡后塞入反向满水状态的盐水瓶21中，将盐水瓶21中的水全部排出后取出硅胶管18，最后用反口塞22将盐水瓶21瓶口密封，将解吸气体收集到盐水瓶21中。
M6、M8煤层控制点解吸气样制备完成后，采用MAT 271高分辨气体成分质谱仪和Agilent 6890N气相色谱仪联合测定盐水瓶21中瓦斯解吸气体常规气体组分(H2、N2、CO2、CH4、C2H6)含量；采用Finnigan MAT-253、Isoprime 100、Delta V Plus、Delta Plus XP型同位素比值质谱仪测定盐水瓶21中瓦斯解吸气体常规气体组分(H2、N2、CO2、CH4、C2H6)的同位素值(δD、δ13C、δ15N、δ18O)；同时采用Noblesse稀有气体同位素质谱计测定盐水瓶21中瓦斯解吸气体稀有气体组分(He、Ar)含量及其同位素值(3He/4He、40Ar/36Ar)。
根据M6煤层和M8煤层常规气体组分(H2、N2、CO2、CH4、C2H6)和稀有气体组分(He、Ar)的同位素值测定结果，采用典型性分析方法对某一气体组分含量及其同位素值在各个目标煤层的相似性和差异性进行分析，最终划分出表征M6煤层和M8煤层的主控气体组分为CH4及其碳同位素值δ13C(CH4)，其测试结果见表1。
表1 M6煤层和M8煤层主控气体组分CH4含量及δ13C(CH4)测定结果
在+300大巷5施工煤层群联合抽采钻孔m-1～m-5，钻孔穿过M6煤层和M8煤层，钻孔施工完成后立即封孔至M8煤层底板，封孔24小时后进行联抽并采集煤层群联合抽采气样。
本发明采用排水集气法采集抽采气样，抽采气样采集过程如图5所示，在+300大巷5巷帮23施工Φ75mm钻孔24，钻孔24内布置PVC筛孔管25，采用管箍26将Φ50mm钢丝软管27与筛孔管25和联抽支管28相连，联抽支管28连接处设置有单孔阀门29和测流口30。采集抽采气样时，将硅胶管18一端通过测流口30插入Φ50mm钢丝软管27，并密封测流口30防止空气渗入，另一端与FW-2型高负压瓦斯采取器31的进气口32相连，当活塞33向外运动时，出气口34关闭，进气口32打开，抽采气样进入FW-2型高负压瓦斯采取器31内部，当活塞33向内运动时，进气口32关闭，出气口34打开，抽采气样排出，在取样时，需重复操作以上步骤2～3次，将硅胶管18内的空气全部排出。将另一根硅胶管18一端与出气口34连接，另一端放置在盛装有水20的容器19里面，重复抽动活塞33待硅胶管出口冒泡后塞入反向满水状态的盐水瓶21中，将盐水瓶21中的水全部排出后取出硅胶管18，最后用反口塞22将盐水瓶21瓶口密封，将抽采气体收集到盐水瓶21中。
根据M6、M8煤层主控气体组分CH4及其碳同位素值δ13C(CH4)，测定煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分为CH4及其碳同位素值δ13C(CH4)，在煤层群联合抽采钻孔m-1～m-5的抽采气样制备完成后，采用MAT 271高分辨气体成分质谱仪和Agilent 6890N气相色谱仪联合测定盐水瓶21中瓦斯抽采气体主控常规气体组分(CH4)含量，并采用Finnigan MAT-253、Isoprime 100、Delta V Plus、Delta Plus XP型同位素比值质谱仪测定盐水瓶21中瓦斯抽采气体主控常规气体组分(CH4)的同位素值(δ13C)，测试结果见表2。
表2煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中CH4含量及δ13C(CH4)测定结果
根据M6煤层和M8煤层确定的主控气体组分CH4，结合其含量及同位素值测试结果，采用Surfer软件绘制得到控制区域13内主控气体组分(CH4)含量及其碳同位素值δ13C(CH4)等值线图，M6煤层在控制区域13内CH4气体组分含量等值线如图6所示，M8煤层在控制区域13内δ13C(CH4)同位素值等值线如图7所示，M8煤层在控制区域13内CH4气体组分含量等值线如图8所示，M8煤层在控制区域13内δ13C(CH4)同位素值等值线如图9所示。以上等值线图中以M6煤层和M8煤层控制区域13其中一点作为相对地理坐标原点(0，0)，横坐标代表走向控制范围568m，纵坐标代表倾向控制范围168m。
不同主控气体组分含量及其同位素值等值线图还包括：δD(H2)等值线图、δ15N(N2)等值线图、δ13C(CO2)等值线图、δ18O(CO2)等值线图、δ13C(CH4)等值线图、δD(CH4)等值线图、δ13C(C2H6)等值线图、δD(C2H6)等值线图、3He/4He等值线图、40Ar/36Ar等值线图。
根据煤层群联合抽采钻孔m-1～m-5穿过M6煤层和M8煤层的竣工参数，得到联合抽采钻孔与穿过M6煤层和M8煤层相交位置的相对地理坐标见表3。
表3与目标煤层相交位置的相对地理坐标
插值法可以利用已知的若干点的函数值，绘制适当的等值线图，在其他点上用等值线图的值作为近似值，根据M6煤层和M8煤层控制区域13内主控气体组分(CH4)含量及其碳同位素值δ13C(CH4)等值线图，根据表1的相对地理坐标，采用插值法得到联合抽采钻孔与M6煤层和M8煤层相交位置处主控气体组分(CH4)含量及其碳同位素值δ13C(CH4)，计算结果见表4。
表4联合抽采钻孔与M6煤层和M8煤层相交位置处的CH4含量及δ13C(CH4)值
根据表2煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分CH4含量及δ13C(CH4)值，结合表4联合抽采钻孔与M6煤层和M8煤层相交位置处的CH4含量及δ13C(CH4)值，基于混源瓦斯气体化学组成质量守恒原则，计算混源瓦斯气体中来自M6煤层和M8煤层的混合比例，计算公式如下：
其中，VM6、VM8为M6煤层和M8煤层瓦斯气体的混合比，％；δmix为煤层群联合抽采混源瓦斯气体δ13C(CH4)值，‰；WM6、WM8为M6煤层和M8煤层瓦斯气体CH4含量值；δM6、δM8为M6煤层和M8煤层瓦斯气体δ13C(CH4)值，‰。计算结果见
表5。
表5混源瓦斯气体中M6煤层和M8煤层的混合比例计算结果
鉴于上述实施过程，对于n个煤层组成的煤层群联合抽采的混源瓦斯气体混合比例，同样可以基于混源瓦斯气体化学组成质量守恒原则，建立如下计算模型：
其中，V1、V2、···Vn为n个目标煤层瓦斯气体的混合比，％；δD(H2)、δ15N(N2)、δ13C(CO2)、δ18O(CO2)、δ13C(CH4)、δD(CH4)、δ13C(C2H6)、δD(C2H6)、(3He/4He)、(40Ar/36Ar)为煤层群联合抽采混源瓦斯气体和n个目标煤层瓦斯气体中常规气体组分和稀有气体组分的同位素值，‰；W1、W2、···Wn为n个目标煤层瓦斯气体中对应气体组分的含量值。
以上计算模型由11个方程组成，其中公式(1)为固定计算公式，公式(2)～(11)则由n个目标煤层瓦斯气体组分含量及其同位素值共同决定。
当目标煤层为2个时，可以由公式(1)和公式(2)～(11)中主控气体组分的1个公式联合计算得到结果；当目标煤层为3个时，可以由公式(1)和公式(2)～(11)中主控气体组分的2个公式联合计算得到结果；同样的，当目标煤层为n个时，可以由公式(1)和公式(2)～(11)中主控气体组分的n-1个公式联合计算得到结果；因此，以上10个主控气体组分理论上可以计算得到11个目标煤层瓦斯混源气体的混合比。
本发明提出的一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，通过在煤层群联合抽采钻孔终孔点坐标覆盖范围的各个目标煤层均匀设置一定数量的控制点，采集煤样制备解吸气体，测试瓦斯解吸气体组分含量及其同位素值，划分出主控气体组分，采用Surfer软件绘制得到控制区域内主控气体组分含量及其同位素等值线图，采用插值法得到联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值，结合煤层群联合抽采气样主控气体组分含量及其同位素值，可以计算得到11个目标煤层瓦斯混源气体的混合比。该方法能够精确计算煤层群联合抽采瓦斯气体中不同目标煤层混源比例，为煤层群瓦斯抽采达标评判提供理论基础，有效保障矿井生产安全。
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 (10)

1.一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述方法为同位素地球化学方法。
2.根据权利要求1所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)测定控制区域内各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分的含量及其所述常规气体组分的同位素值、稀有气体组分的含量及其所述稀有气体组分的同位素值，对所述常规气体组分的同位素值和所述稀有气体组分的同位素值进行典型性分析，根据分析结果选择出能够表征不同目标煤层的主控气体组分；
(2)根据步骤(1)中选择的所述主控气体组分的含量及其同位素值进行拟合分析，得到控制区域内各个目标煤层所述主控气体组分的含量及其所述主控气体组分的同位素等值线图；
(3)精确定位煤层群联合抽采钻孔与各个目标煤层相交位置的地理坐标，根据步骤(2)中所述主控气体组分的含量及其所述主控气体组分的同位素等值线图，采用插值法得到联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分的含量及其同位素值；
(4)根据步骤(3)中所述联合抽采钻孔各个目标煤层主控气体组分的含量及其同位素值，结合测试得到的煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分的含量及其同位素值，建立混源瓦斯气体计算模型，从而定量确定所述混源瓦斯气体中来自各个目标煤层的混合比。
3.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述控制区域包括煤层群联合抽采区域，所述目标煤层控制点在所述控制区域内分布均匀，能够有效代表所述控制区域的特征。
4.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，各个目标煤层控制点瓦斯气体中常规气体组分包括H2、N2、CO2、CH4和C2H6，常规气体组分的同位素值包括δD、δ13C、δ15N和δ18O。
5.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，各个目标煤层控制点瓦斯气体中稀有气体组分包括He和Ar，稀有气体组分的同位素值包括3He/4He和40Ar/36Ar。
6.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述表征不同目标煤层的主控气体组分包含H2、N2、CO2、CH4、C2H6、He或者Ar中至少一种，所述煤层群联合抽采的混源瓦斯气体中主控气体组分与所述表征不同目标煤层的主控气体组分相同。
7.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述主控气体组分的同位素等值线图包括δD(H2)等值线图、δ15N(N2)等值线图、δ13C(CO2)等值线图、δ18O(CO2)等值线图、δ13C(CH4)等值线图、δD(CH4)等值线图、δ13C(C2H6)等值线图、δD(C2H6)等值线图、3He/4He等值线图或者40Ar/36Ar等值线图中的任意一种或几种。
8.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述插值法是利用所述各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值在所述控制区域中已知的若干点的函数值，绘制适当的等值线图，在控制区域的其他点上用这等值线图的值作为各个目标煤层主控气体组分含量及其同位素值。
9.根据权利要求2所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，所述定量确定是基于混源气体化学组成质量守恒原则，建立混源瓦斯气体计算模型：
其中，V1、V2、···Vn为所述n个目标煤层瓦斯气体的混合比，其中n为小于等于11的正整数，％；δmix为所述煤层群联合抽采混源瓦斯气体中一种主控气体组分的同位素值，‰；W1、W2、···Wn为所述n个目标煤层瓦斯气体其中一种主控气体组分含量；δ1、δ2、···δn为所述n个目标煤层瓦斯气体其中一种主控气体组分同位素值，‰。
10.根据权利要求9所述一种煤层群联合抽采瓦斯气体混源比例定量确定方法，其特征在于，n个目标煤层瓦斯气体主控气体组分含量和同位素值可以根据所述n-1个等值线图求得，则所述计算模型可以组成n个方程组，根据所述n个方程组可以计算得到n个目标煤层瓦斯气体的混合比。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111289308A (zh) * 2020-03-04 2020-06-16 河南工程学院 一种煤层气综合勘查用煤层气取样装置
CN111307541A (zh) * 2019-12-19 2020-06-19 磐安叶层煤矿设备有限公司 一种煤层钻探气体分类收集装置
CN113623005A (zh) * 2021-09-06 2021-11-09 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 一种煤层群开采混合瓦斯气体识别方法
CN118376462A (zh) * 2024-06-20 2024-07-23 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1821773A (zh) * 2006-03-21 2006-08-23 大庆油田有限责任公司 多种有机成因类型天然气混合比例定量测试地球化学方法
US20060249288A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-09 Drozd Richard J Identifying zones of origin of annular gas pressure
CN106682307A (zh) * 2016-12-27 2017-05-17 安徽理工大学 一种采空区瓦斯来源综合判断与预测方法
CN107102375A (zh) * 2017-01-25 2017-08-29 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司 煤层气分源识别方法
CN107607692A (zh) * 2017-11-07 2018-01-19 中国水利水电科学研究院 基于土壤最大储水容量的土壤水分监测优化布点方法
CN109270567A (zh) * 2018-09-11 2019-01-25 湖南中核环保科技有限公司 一种在铀矿勘查中制成探槽γ照射量率等值图的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060249288A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-09 Drozd Richard J Identifying zones of origin of annular gas pressure
CN1821773A (zh) * 2006-03-21 2006-08-23 大庆油田有限责任公司 多种有机成因类型天然气混合比例定量测试地球化学方法
CN106682307A (zh) * 2016-12-27 2017-05-17 安徽理工大学 一种采空区瓦斯来源综合判断与预测方法
CN107102375A (zh) * 2017-01-25 2017-08-29 平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司 煤层气分源识别方法
CN107607692A (zh) * 2017-11-07 2018-01-19 中国水利水电科学研究院 基于土壤最大储水容量的土壤水分监测优化布点方法
CN109270567A (zh) * 2018-09-11 2019-01-25 湖南中核环保科技有限公司 一种在铀矿勘查中制成探槽γ照射量率等值图的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周伟 等: "采空区瓦斯涌出综合判别方法研究", 《山西焦煤科技》 *
周炳秋 等: "基于空间插值方法预测煤层瓦斯含量", 《煤炭技术》 *
陶明信: "中国煤层气同位素地球化学初步研究", 《地质学报》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111307541A (zh) * 2019-12-19 2020-06-19 磐安叶层煤矿设备有限公司 一种煤层钻探气体分类收集装置
CN111289308A (zh) * 2020-03-04 2020-06-16 河南工程学院 一种煤层气综合勘查用煤层气取样装置
CN113623005A (zh) * 2021-09-06 2021-11-09 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 一种煤层群开采混合瓦斯气体识别方法
CN113623005B (zh) * 2021-09-06 2024-03-26 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 一种煤层群开采混合瓦斯气体识别方法
CN118376462A (zh) * 2024-06-20 2024-07-23 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法

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