CN112282732A - 利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法 - Google Patents

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张庆华
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黄雨
彭涛
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Abstract

本发明公开了一种利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，包括步骤：S1.采集钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出参数；S2.对钻孔在钻进第i米时的钻屑粒径进行分类处理，得到钻屑粒径的占比集合；S3.根据钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出参数以及钻屑粒径的占比集合对煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存进行测定，得到瓦斯赋存状态。本发明的一种利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，能够有效地分析煤层瓦斯赋存变化情况，降低了监测设备成本，完善了煤矿安全生产分析依据。

Description

利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法
技术领域
本发明涉及瓦斯领域，具体涉及一种利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法。
背景技术
我国煤矿资源丰富，为了充分利用煤矿资源，就需要对煤矿进行开采，在煤矿开采过程中，常常有瓦斯涌出，而瓦斯是一种易燃易爆的气体，如果对瓦斯处理不当，就会导致煤矿安全事故。
通过钻孔抽采瓦斯的方式，可以对煤层的瓦斯赋存情况进行分析，进而实现对煤矿的安全开采。目前，对于煤层瓦斯赋存的测定过度依赖于各种类型的传感器，在煤矿这种复杂的工况环境下，传感器常常会出现异常；同时，多种传感器布置在煤矿环境下，也会为煤矿生产带来负担。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，能够有效地分析煤层瓦斯赋存变化情况，降低了监测设备成本，完善了煤矿安全生产分析依据。
本发明的利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，包括如下步骤：
S1.采集钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出气压Pi、瓦斯涌出流量Qi以及瓦斯涌出浓度Yi；其中，i为钻进深度；
S2.对钻孔在钻进第i米时的钻屑粒径进行分类处理，得到钻屑粒径的占比集合{Vi 1,Vi 2,Vi 3}；其中，所述Vi 1为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d1所占的比例；所述Vi 2为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d2所占的比例；所述Vi 3为钻孔在钻进第米时钻屑粒径d3所占的比例；所述钻屑粒径d1<d2<d3；
S3.根据瓦斯涌出气压Pi、瓦斯涌出流量Qi、瓦斯涌出浓度Yi以及钻屑粒径的占比集合{Vi 1，Vi 2，Vi3}对煤层瓦斯赋存进行测定，具体包括：
确定所述钻屑粒径d1所占的比例Vi 1的变化量
Figure BDA0002749590310000021
其中，所述
Figure BDA0002749590310000022
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d1所占的比例；
确定所述钻屑粒径d2所占的比例Vi 2的变化量
Figure BDA0002749590310000023
其中，所述
Figure BDA0002749590310000024
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d2所占的比例；
确定所述钻屑粒径d3所占的比例Vi 3的变化量
Figure BDA0002749590310000025
其中，所述
Figure BDA0002749590310000026
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d3所占的比例；
确定瓦斯涌出气压Pi的变化率ΔPi，若所述变化率ΔPi超过阈值α或变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化；
确定瓦斯涌出流量Qi的变化率ΔQi，若所述变化率ΔQi超过阈值β或变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化；
确定瓦斯涌出浓度Yi的变化率ΔYi，若所述变化率ΔYi超过阈值γ或变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化。
进一步，步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出气压Pi的变化率ΔPi：
ΔPi＝(Pi-Pi-1)/Pi；
其中，Pi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出气压。
进一步，步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出流量Qi的变化率ΔQi：
ΔQi＝(Qi-Qi-1)/Qi；
其中，Qi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出流量。
进一步，步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出浓度Yi的变化率ΔYi：
ΔYi＝(Yi-Yi-1)/Yi；
其中，Yi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出浓度。
进一步，步骤S3中，若所述钻屑粒径d3所占的比例有变小的趋势，则钻孔在钻进过程中的煤层变软。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，通过对瓦斯涌出气压、瓦斯涌出流量以及瓦斯涌出浓度等多个指标的分析，得到瓦斯赋存的变化情况，同时，通过对钻屑粒径所占比例的分析，进一步加强了对瓦斯赋存变化情况的判断，从而能够有效地分析煤层瓦斯赋存变化情况，降低了监测设备成本，完善了煤矿安全生产分析依据。
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为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，如图1所示，包括如下步骤：
S1.在钻孔的孔口或者距离钻头1米左右的固定位置安装气压计，钻孔在钻进第i米时，读取气压计的气压值，并将所述气压值作为钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出气压Pi；
钻孔在钻进第i米时，将钻孔涌出的瓦斯引入计量管道，可以分别测量得到瓦斯涌出流量与瓦斯涌出浓度，并将所述瓦斯涌出流量作为钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出流量Qi，将所述瓦斯涌出浓度作为钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出浓度Yi；其中，i为钻进深度，i的取值为正整数，比如1、2、…、N；
S2.对钻孔在钻进第i米时的钻屑粒径进行分类处理，得到钻屑粒径的占比集合{Vi 1，Vi 2，Vi 3}；其中，所述Vi 1为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d1所占的比例；所述Vi 2为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d2所占的比例；所述Vi 3为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d3所占的比例；所述钻屑粒径d1＜d2＜d3；本实施例中，按照钻屑粒径的大小，将钻屑粒径为d1的钻屑作为小类，将钻屑粒径为d2的钻屑作为中类，将钻屑粒径为d3的钻屑作为大类；其中，所述钻屑粒径d1、d2以及d3，根据钻孔施工的实际情况进行设定。
钻孔在钻进第i米时，统计此次出钻后分离出的钻屑总个数Ntotal，并依次统计钻屑粒径大小分别为d1、d2以及d3的钻屑个数
Figure BDA0002749590310000041
以及
Figure BDA0002749590310000042
则所述
Figure BDA0002749590310000043
所述
Figure BDA0002749590310000044
所述
Figure BDA0002749590310000045
S3.根据瓦斯涌出气压Pi、瓦斯涌出流量Qi、瓦斯涌出浓度Yi以及钻屑粒径的占比集合{Vi 1，Vi 2，Vi 3}对煤层瓦斯赋存进行测定，具体包括：
确定所述钻屑粒径d1所占的比例Vi 1的变化量
Figure BDA0002749590310000046
其中，所述
Figure BDA0002749590310000047
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d1所占的比例；
确定所述钻屑粒径d2所占的比例Vi 2的变化量
Figure BDA0002749590310000048
其中，所述
Figure BDA0002749590310000049
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d2所占的比例；
确定所述钻屑粒径d3所占的比例Vi 3的变化量
Figure BDA00027495903100000410
其中，所述
Figure BDA00027495903100000411
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d3所占的比例；
其中，所述
Figure BDA00027495903100000412
以及
Figure BDA00027495903100000413
的计算与所述Vi 1、Vi 2以及Vi 3的计算原理相同，在此不再赘述。
确定瓦斯涌出气压Pi的变化率ΔPi，若所述变化率ΔPi超过阈值α或变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化；
确定瓦斯涌出流量Qi的变化率ΔQi，若所述变化率ΔQi超过阈值β或变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化；
确定瓦斯涌出浓度Yi的变化率ΔYi，若所述变化率ΔYi超过阈值γ或变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化。
其中，所述变化量ΔVi 1、ΔVi 2以及ΔVi 3中至少有一个超过阈值Δk，则说明钻屑粒径的占比已经发生了明显变化。所述阈值α、β、γ以及Δk均为设定的指标临界值，均根据钻孔施工的实际情况进行设定。
需要说明的是，根据所述瓦斯涌出气压Pi、瓦斯涌出流量Qi、瓦斯涌出浓度Yi的变化情况，可以确定钻孔不同深度的煤层位置瓦斯赋存的特点，进而沿着钻孔的钻进方向，绘制出煤层瓦斯的赋存规律；通过参照煤层瓦斯的赋存规律，实现煤层区域的安全采掘作业。
本实施例中，步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出气压Pi的变化率ΔPi：
ΔPi＝(Pi-Pi-1)/Pi；
其中，Pi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出气压；所述瓦斯涌出气压Pi-1通过气压计进行测量，与所述瓦斯涌出气压Pi的测量原理相同，在此不再赘述。
本实施例中，步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出流量Qi的变化率ΔQi：
ΔQi＝(Qi-Qi-1)/Qi；
其中，Qi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出流量；所述瓦斯涌出流量Qi-1通过计量管道进行测量，与所述瓦斯涌出流量Qi的测量原理相同，在此不再赘述。
本实施例中，步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出浓度Yi的变化率ΔYi：
ΔYi＝(Yi-Yi-1)/Yi；
其中，Yi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出浓度；所述瓦斯涌出浓度Yi-1通过计量管道进行测量，与所述瓦斯涌出浓度Yi的测量原理相同，在此不再赘述。
本实施例中，步骤S3中，若所述钻屑粒径d3所占的比例有变小的趋势，则钻孔在钻进过程中的煤层变软。通过连续多次(至少为2次)计算所述钻屑粒径d3所占的比例，可以得到所述钻屑粒径d3所占比例的变化趋势；当所述钻屑粒径d3所占的比例有变小的趋势时，说明中小钻屑粒径的钻屑在逐渐增多，则可以判断出钻孔在钻进过程中的煤层变软。
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)

1.一种利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1.采集钻孔在钻进第i米时的瓦斯涌出气压Pi、瓦斯涌出流量Qi以及瓦斯涌出浓度Yi；其中，i为钻进深度；
S2.对钻孔在钻进第i米时的钻屑粒径进行分类处理，得到钻屑粒径的占比集合
Figure FDA0002749590300000011
其中，所述Vi 1为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d1所占的比例；所述
Figure FDA0002749590300000012
为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d2所占的比例；所述
Figure FDA0002749590300000013
为钻孔在钻进第i米时钻屑粒径d3所占的比例；所述钻屑粒径d1＜d2＜d3；
S3.根据瓦斯涌出气压Pi、瓦斯涌出流量Qi、瓦斯涌出浓度Yi以及钻屑粒径的占比集合
Figure FDA0002749590300000014
对煤层瓦斯赋存进行测定，具体包括：
确定所述钻屑粒径d1所占的比例Vi 1的变化量
Figure FDA0002749590300000015
其中，所述
Figure FDA0002749590300000016
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d1所占的比例；
确定所述钻屑粒径d2所占的比例
Figure FDA0002749590300000017
的变化量
Figure FDA0002749590300000018
其中，所述
Figure FDA0002749590300000019
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d2所占的比例；
确定所述钻屑粒径d3所占的比例
Figure FDA00027495903000000110
的变化量
Figure FDA00027495903000000111
其中，所述
Figure FDA00027495903000000112
为钻孔在钻进第i-1米时钻屑粒径d3所占的比例；
确定瓦斯涌出气压Pi的变化率ΔPi，若所述变化率ΔPi超过阈值α或变化量ΔVi 1、
Figure FDA00027495903000000113
以及
Figure FDA00027495903000000114
中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化；
确定瓦斯涌出流量Qi的变化率ΔQi，若所述变化率ΔQi超过阈值β或变化量ΔVi 1、
Figure FDA00027495903000000115
以及
Figure FDA00027495903000000116
中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化；
确定瓦斯涌出浓度Yi的变化率ΔYi，若所述变化率ΔYi超过阈值γ或变化量ΔVi 1、
Figure FDA00027495903000000117
以及
Figure FDA00027495903000000118
中至少有一个超过阈值Δk，则煤层在钻孔深度第i米处的瓦斯赋存发生了变化。
2.根据权利要求1所述的利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，其特征在于：步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出气压Pi的变化率ΔPi：
ΔPi＝(Pi-Pi-1)/Pi；
其中，Pi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出气压。
3.根据权利要求1所述的利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，其特征在于：步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出流量Qi的变化率ΔQi：
ΔQi＝(Qi-Qi-1)/Qi；
其中，Qi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出流量。
4.根据权利要求1所述的利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，其特征在于：步骤S3中，根据如下公式确定瓦斯涌出浓度Yi的变化率ΔYi：
ΔYi＝(Yi-Yi-1)/Yi；
其中，Yi-1为钻孔在钻进第i-1米时的瓦斯涌出浓度。
5.根据权利要求1所述的利用随钻瓦斯参数测定煤层瓦斯赋存的方法，其特征在于：步骤S3中，若所述钻屑粒径d3所占的比例有变小的趋势，则钻孔在钻进过程中的煤层变软。
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