CN115711154B - 瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，属于瓦斯防治技术领域。该方法包括以下步骤：S1：将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分抽采钻场，抽采钻场间并联接入抽采管道；S2：测定抽采钻场的抽采瓦斯初始流量，定期测定抽采瓦斯流量；S3：计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值；S4：计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比和瓦斯抽采累积量计算值；S5：完成瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价。本发明能够基于钻孔抽采瓦斯时变规律，有效融合瓦斯预抽工作面或评价单元的实时抽采监测数据和抽采钻场的定期测定数据，得到单个抽采钻场抽采区域的抽采达标预评价结果。

Description

瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法

技术领域

本发明属于瓦斯防治技术领域，涉及瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法。

背景技术

煤层瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的根本性措施，我国规定有瓦斯灾害的矿井必须瓦斯抽采效果达到标准后方可安排采掘作业。根据瓦斯抽采达标评价相关规定，瓦斯抽采效果达标评价首先进行预评价，即根据抽采计量等参数计算得到抽采后的可解吸瓦斯量，当其满足预期达标指标要求后再进行现场实测预抽瓦斯效果指标。

为保证评价结果的准确细致，瓦斯预抽效果必须划分评价单元进行评价，将钻孔间距基本相同和预抽时间基本一致的区域划为一个评价单元。由此可以看出瓦斯抽采效果预评价的准确、细致程度受抽采计量数据的精度、测点数量的影响。根据评价单元划分方法，评价单元内含有多个钻孔或钻场，覆盖范围一百米至几百米不等。受技术、成本等限制，单个评价单元内一般只布置1个抽采计量测点，仅能对评价单元整个区域的平均瓦斯抽采效果进行预评价，而无法得到更细致的例如钻场区域的抽采效果预评价结果，造成技术人员难以掌握更精细的瓦斯灾害防治措施效果，无法找出其中的异常区域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，基于抽采过程中的瓦斯流动规律对抽采实时监测数据和定期测定数据进一步融合处理，获得评价单元内不同抽采钻场的抽采效果评价结果。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，该方法包括以下步骤：

S1：将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分抽采钻场，抽采钻场间并联接入抽采管道；

S2：测定抽采钻场的抽采瓦斯初始流量，定期测定抽采瓦斯流量；

S3：拟合抽采钻场的抽采瓦斯流量时变规律，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值；

S4：根据瓦斯抽采累积量理论值，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比和瓦斯抽采累积量计算值；

S5：计算抽采钻场控制区域的残余瓦斯含量和抽采效果差异系数作为评价指标，完成瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价。

可选的，所述S1具体为：将接抽时间相同的瓦斯预抽钻孔连接为同一个抽采钻场，将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分为N个抽采钻场，并将抽采钻场编号为1～N，N个抽采钻场采用并联的方式接入工作面或评价单元的抽采管道；预抽工作面或评价单元的抽采管道最下游安装瓦斯抽采参数监测传感器，实时监测该工作面或评价单元内所有抽采钻场的总瓦斯抽采流量和瓦斯浓度的气体参数。

可选的，所述S2具体为：对于其中编号为n的抽采钻场，在抽采钻场开始接抽后测定钻场的抽采瓦斯初始流量q_0-n，以后间隔固定时间Δt测定抽采钻场的抽采瓦斯流量，n＝1,2，…,N；Δt越小，瓦斯抽采效果评价结果的准确率越高，取24h～48h；

将测定的数据记录为(t_n，q_{t_n})形式的有序数字序列，q_{t_n}为在时刻t测定的抽采钻场抽采瓦斯流量，其中t_n为n号抽采钻场在时刻t时的已抽时长；在进行瓦斯抽采效果评价时得到(t_n，q_{t_n})形式的监测历史数据组。

可选的，所述S3具体为：采用数据拟合方法，利用(t_n，q_{t_n})形式的监测历史数据组对该抽采钻场的瓦斯流量时变规律进行拟合，拟合函数形式为：

q_x＝q₀·e^-βx

其中函数自变量x为已抽时长，因变量q_x为已抽时长x对应的抽采瓦斯流量，β为需要拟合的系数，q₀为起始抽采瓦斯流量；

根据拟合的瓦斯流量时变规律方程，采用以下公式计算该抽采钻场在瓦斯抽采效果评价时的抽采瓦斯累积量理论值Q_{T_n}：

采用相同方法计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值Q_{T_1}，Q_{T_2}，…，Q_{T_N}。

可选的，所述S4具体为：采用以下公式计算1～N号抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比：

以在进行抽采达标预评价时瓦斯抽采参数监测传感器监测的总瓦斯抽采累积量Q_Ts为基数，计算每个钻场的瓦斯抽采累积量计算值Q_{Ts_n}：

Q_{Ts_n}＝η_{T_n}·Q_Ts。

可选的，所述S5具体为：计算抽采钻场控制区域的残余瓦斯含量、抽采效果差异系数，作为瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价指标：

根据抽采钻场的瓦斯抽采累积量计算值Q_{Ts_n}，计算每个抽采钻场的残余瓦斯含量W_{cy_n}，用以评价抽采钻场控制区域内煤体赋存瓦斯的抽采程度；

式中L_n、l_n、m_n、ρ_n、W_{0_n}分别为抽采钻场控制区域的走向长度、平均倾向长度、平均煤层厚度、煤的密度和原始瓦斯含量；

根据以下公式分别计算抽采钻场残余瓦斯含量的最大值W_{cy_max}、最小值W_{cy_min}和平均值

W_{cy_max}＝max{W_{cy_1},W_{cy_2},...,W_{cy_N}}

W_{cy_min}＝min{W_{cy_1},W_{cy_2},...,W_{cy_N}}

计算抽采效果差异系数ε_cy，用以评价抽采钻场控制区域内瓦斯抽采的均匀程度；

本发明的有益效果在于：本发明提供的瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，能够基于钻孔抽采瓦斯时变规律，有效融合瓦斯预抽工作面或评价单元的实时抽采监测数据和抽采钻场的定期测定数据，得到单个抽采钻场抽采区域的抽采达标预评价结果，克服抽采监测点数量不足导致难以掌握抽采钻场抽采效果的难题，实现预抽工作面抽采效果的精细化预评价，从而为准确、细致评估工作面瓦斯灾害防治效果提供支撑。

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为本发明流程图；

图2为本发明的具体实施例原理图。

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。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，为一种瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，包括如下步骤：

S1：将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分抽采钻场，抽采钻场间并联接入抽采管道；

S2：测定抽采钻场的抽采瓦斯初始流量，定期测定抽采瓦斯流量；

S3：拟合抽采钻场的抽采瓦斯流量时变规律，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值；

S4：根据瓦斯抽采累积量理论值，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比和瓦斯抽采累积量计算值；

S5：计算抽采钻场控制区域的残余瓦斯含量和抽采效果差异系数作为评价指标，完成瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价；

S1：将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分抽采钻场，抽采钻场间并联接入抽采管道：

如图2所示，将接抽时间相同的瓦斯预抽钻孔连接为同一个抽采钻场，按此原则将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分为4个抽采钻场，并将抽采钻场编号为1～4，4个抽采钻场采用并联的方式接入工作面抽采管道；预抽工作面的抽采管道最下游安装瓦斯抽采参数监测传感器，实时监测该工作面或评价单元内所有抽采钻场的总瓦斯抽采流量、瓦斯浓度等气体参数。

S2：测定抽采钻场的抽采瓦斯初始流量，定期测定抽采瓦斯流量：

对于4个抽采钻场，在抽采钻场开始接抽后，在钻场测点处测定钻场的抽采瓦斯初始流量q_0-1、q_0-2、q_0-3、q_0-4，单位m³/min；每个钻场在接抽1d后，在钻场测点处测定抽采钻场的抽采瓦斯流量，记录为(1d，q_{t_1})、(1d，q_{t_2})、(1d，q_{t_3})、(1d，q_{t_4})，以后每间隔1d测定抽采钻场的抽采瓦斯流量。按此方法，在进行瓦斯抽采效果评价时得到(t_n，q_{t_n})形式的监测历史数据组，其中t_n为n号抽采钻场的已抽时长，单位为天，q_{t_n}为在时刻t测定的抽采钻场抽采瓦斯流量，单位m³/min。

S3：拟合抽采钻场的抽采瓦斯流量时变规律，计算瓦斯抽采累积量理论值：

采用数据拟合方法，利用(t_n，q_{t_n})形式的监测历史数据组对该抽采钻场的瓦斯流量时变规律进行拟合，拟合函数形式为

q_x＝q₀·e^-βx

其中函数自变量x为已抽时长，单位为d；因变量q_x为已抽时长x对应的抽采瓦斯流量，单位m³/min；β为需要拟合的系数。

根据拟合的瓦斯流量时变规律方程，采用以下公式计算该抽采钻场在瓦斯抽采效果评价时的抽采瓦斯累积量理论值Q_{T_n}

采用相同方法计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值Q_{T_1}，Q_{T_2}，Q_{T_3}，Q_{T_4}，单位为m³；

S4：计算抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比和瓦斯抽采累积量计算值：

采用以下公式计算1～4号抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比η_{T_1},η_{T_2},η_{T_3},η_{T_4}：

以在进行抽采达标预评价时瓦斯抽采参数监测传感器监测的总瓦斯抽采累积量Q_Ts为基数，计算每个钻场的瓦斯抽采累积量计算值Q_{Ts_1}，Q_{Ts_2}，Q_{Ts_3}，Q_{Ts_4}，单位为m³：

Q_{Ts_n}＝η_{T_n}·Q_Ts，n＝1,2,3,4

S5：计算抽采钻场控制区域的残余瓦斯含量、抽采效果差异系数，作为瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价指标：

根据抽采钻场的瓦斯抽采累积量计算值Q_{Ts_n}，计算每个抽采钻场的残余瓦斯含量W_{cy_1}、W_{cy_2}、W_{cy_3}、W_{cy_4}，单位为m³/t，用以评价每个抽采钻场控制区域内煤体赋存瓦斯的抽采程度。

式中L_n、l_n、m_n、ρ_n、W_{0_n}分别为n号抽采钻场控制区域的走向长度、平均倾向长度、平均煤层厚度、煤的密度和原始瓦斯含量，单位分别为m、m、m、t/m³和m³/t。

根据以下公式分别计算抽采钻场残余瓦斯含量的最大值W_{cy_max}、最小值W_{cy_min}和平均值

W_{cy_max}＝max{W_{cy_1},W_{cy_2},W_{cy_3},W_{cy_4}}

W_{cy_min}＝min{W_{cy_1},W_{cy_2},W_{cy_3},W_{cy_4}}

计算抽采效果差异系数ε_cy，用以评价4个抽采钻场控制区域内瓦斯抽采的均匀程度。

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 (4)

1.瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分抽采钻场，抽采钻场间并联接入抽采管道；

S2：测定抽采钻场的抽采瓦斯初始流量，定期测定抽采瓦斯流量；

S3：拟合抽采钻场的抽采瓦斯流量时变规律，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值；

S4：根据瓦斯抽采累积量理论值，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比和瓦斯抽采累积量计算值；

所述S4具体为：采用以下公式计算1～N号抽采钻场的瓦斯抽采累积量占比：

以在进行抽采达标预评价时瓦斯抽采参数监测传感器监测的总瓦斯抽采累积量Q_Ts为基数，计算每个钻场的瓦斯抽采累积量计算值Q_{Ts_n}：

Q_{Ts_n}＝η_{T_n}·Q_Ts

S5：计算抽采钻场控制区域的残余瓦斯含量和抽采效果差异系数作为评价指标，完成瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价；

所述S5具体为：计算抽采钻场控制区域的残余瓦斯含量、抽采效果差异系数，作为瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价指标：

根据抽采钻场的瓦斯抽采累积量计算值Q_{Ts_n}，计算每个抽采钻场的残余瓦斯含量W_{cy_n}，用以评价抽采钻场控制区域内煤体赋存瓦斯的抽采程度；

式中L_n、l_n、m_n、ρ_n、W_{0_n}分别为抽采钻场控制区域的走向长度、平均倾向长度、平均煤层厚度、煤的密度和原始瓦斯含量；

根据以下公式分别计算抽采钻场残余瓦斯含量的最大值W_{cy_max}、最小值W_{cy_min}和平均值

W_{cy_max}＝max{W_{cy_1},W_{cy_2},...,W_{cy_N}}

W_{cy_min}＝min{W_{cy_1},W_{cy_2},...,W_{cy_N}}

计算抽采效果差异系数ε_cy，用以评价抽采钻场控制区域内瓦斯抽采的均匀程度；

2.根据权利要求1所述的瓦斯预抽工作面抽采效果精细化评价方法，其特征在于：所述S1具体为：将接抽时间相同的瓦斯预抽钻孔连接为同一个抽采钻场，将瓦斯预抽工作面或抽采评价单元的所有预抽瓦斯钻孔划分为N个抽采钻场，并将抽采钻场编号为1～N，N个抽采钻场采用并联的方式接入工作面或评价单元的抽采管道；预抽工作面或评价单元的抽采管道最下游安装瓦斯抽采参数监测传感器，实时监测该工作面或评价单元内所有抽采钻场的总瓦斯抽采流量和瓦斯浓度的气体参数。

3.根据权利要求2所述的瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，其特征在于：所述S2具体为：对于其中编号为n的抽采钻场，在抽采钻场开始接抽后测定钻场的抽采瓦斯初始流量q_0-n，以后间隔固定时间Δt测定抽采钻场的抽采瓦斯流量，n＝1,2，…,N；Δt越小，瓦斯抽采效果评价结果的准确率越高，取24h～48h；

将测定的数据记录为(t_n，q_{t_n})形式的有序数字序列，q_{t_n}为在时刻t测定的抽采钻场抽采瓦斯流量，其中t_n为n号抽采钻场在时刻t时的已抽时长；在进行瓦斯抽采效果评价时得到(t_n，q_{t_n})形式的监测历史数据组。

4.根据权利要求3所述的瓦斯预抽工作面抽采效果精细化预评价方法，其特征在于：所述S3具体为：采用数据拟合方法，利用(t_n，q_{t_n})形式的监测历史数据组对该抽采钻场的瓦斯流量时变规律进行拟合，拟合函数形式为：

q_x＝q₀·e^-βx

其中函数自变量x为已抽时长，因变量q_x为已抽时长x对应的抽采瓦斯流量，β为需要拟合的系数，q₀为起始抽采瓦斯流量；

根据拟合的瓦斯流量时变规律方程，采用以下公式计算该抽采钻场在瓦斯抽采效果评价时的抽采瓦斯累积量理论值Q_{T_n}：

以此类推，计算每个抽采钻场的瓦斯抽采累积量理论值Q_{T_1}，Q_{T_2}，…，Q_{T_N}。