[發明專利]測試煤體瓦斯解吸特性的方法

有效

• 申請號: 201210506193.9
• 申請日: 2012-11-30
• 公開（公告）號: CN102944664A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 劉水文;屈世甲;李繼來;呂鵬飛;王芳
• 申請（專利權）人: 天地（常州）自動化股份有限公司;中煤科工集團常州自動化研究院
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 陸文俊

技術領域

本發明屬于煤礦安全開采中有關煤體瓦斯吸附解吸特性分析的技術領域，特別涉及一種測試煤體瓦斯解吸特性的方法。

背景技術

煤體瓦斯的主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數。瓦斯災害一直是影響我國煤炭企業安全生產的重大災害之一，隨著開采深度的增加，這種事故災害的危害性越來越大，已經成為制約我國煤炭行業發展的重要因素。瓦斯在煤巖中的賦存狀態包括游離狀態和吸附狀態兩種，游離瓦斯通常占煤巖賦存瓦斯量的10%至20%，吸附瓦斯則占80%至90%，二者處于動態平衡狀態。煤體的解吸特性是影響瓦斯涌出的重要因素，煤礦日常工作中需要不斷分析工作面煤體的解吸特性。

礦井安全監測監控系統是煤礦井下安全避險“六大系統”之一，目前全國基本上所有煤礦均配有監測監控系統，實現了對煤礦井下瓦斯、一氧化碳濃度、溫度、風速等的實時動態監控。但是目前的礦井監測監控系統不能對煤體的瓦斯解吸特性實時動態分析。煤體瓦斯解吸特性是地質構造的產物，可用來判斷煤層瓦斯含量的高低和煤結構的變化。目前，煤體瓦斯解吸特性一般采用鉆屑瓦斯解吸指標K₁和△h₂表征，可利用瓦斯解吸儀在實驗室和現場測定鉆屑瓦斯解吸指標K₁和△h₂。實驗室測定通過采集新暴露煤樣，通過實驗系統模擬研究煤礦井下濕式打鉆的鉆屑瓦斯解吸指標變化情況，測算出解吸指標K₁和△h₂。現場測定是在打鉆過程中，通過瓦斯解吸儀測定解吸指標K₁和△h₂。這些傳統的瓦斯解吸特性測定方法主要為接觸式，費工費時，不能實時動態分析煤體的瓦斯解吸特性。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種能夠對煤體瓦斯解吸特性進行實時動態測試分析的測試煤體瓦斯解吸特性的方法。

實現本發明目的的技術方案是提供一種測試煤體瓦斯解吸特性的方法，包括如下步驟：

①構建礦井安全監測監控系統，在煤巷的掘進巷道的距離掘進工作面處的小于等于5m的部位設置位于混合風流中的第一甲烷傳感器，在距離掘進巷道的進出口處的10至15m處設置位于混合風流中的第二甲烷傳感器，在位于與掘進巷道相鄰的巷道中設置局部通風機，且該局部通風機的外接風筒的出風口位于靠近掘進工作面的部位，該局部通風機的進風口則設置在局部通風機上，并且在局部通風機的進風口所朝方向的3至5m處設置第三甲烷傳感器。在掘進巷道中且距離掘進巷道的出口的18至22m處設置一個風速傳感器。

②從礦井安全監測監控系統的監測數據中獲取掘進巷道中的第一甲烷傳感器和風速傳感器的實時監測數據，并以所得數據作為掘進工作面的混合風流的實時甲烷濃度數據C以及實時風速大小數據V，即時間為t時，對應的甲烷濃度數據為C_t、實時風速大小數據V_t。

③通過查閱煤礦的掘進工作面的設計資料或通過測量的方法獲得掘進巷道設計的掘進工作面的斷面面積S₁和風筒的出風口的橫截面面積S₂。

④根據步驟②和③獲得的數據，利用如下公式計算掘進工作面在正常開采過程中每間隔1分鐘所對應時間點的實時瓦斯涌出量Q_t：

Q_t=C_t·V_t(S₁-S₂)，其中t為對應時間。

⑤計算掘進工作面的煤體瓦斯解吸特性實時指標n。

在煤礦正常開采過程中，煤體瓦斯涌出量的大小是隨著時間推移不斷波動的，在掘進工作面落煤開始時達到峰值。將煤礦正常開采過程中的每個瓦斯涌出量峰值所對應的時間t作為時間起點t'=0，對煤礦正常開采過程中的每個瓦斯涌出量峰值后的20至30min內一段時間每間隔1至3分鐘計算所對應時間點的瓦斯涌出累計量Q'(t')，在煤礦正常開采過程中的瓦斯涌出累計量Q'可采用公式Q'(t')=m·t′ⁿ來描述，以t'為橫坐標，瓦斯涌出累計量Q'為縱坐標，作出瓦斯涌出累計量曲線，利用Matlab中的lsqcurvefit函數對每個瓦斯涌出累計量曲線進行擬合，即可得到公式Q'(t')=m·t′ⁿ中指數n的大小，作為表征相應的一個瓦斯涌出量峰值所對應的表征煤體瓦斯解吸特性的實時指標n，對煤礦巷道的掘進工作面實時連續計算其正常開采過程中的每個瓦斯涌出量峰值的煤體瓦斯解吸特性實時指標n。