[發(fā)明專利]一種用于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實(shí)測(cè)方法及其測(cè)定裝置

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310023587.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103089309A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于寶海;楊勝?gòu)?qiáng);楊相玉;趙彤宇;陳登昭;王凱;秦毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué);徐州中礦安達(dá)礦山科技有限公司
• 主分類號(hào): E21F17/18
• 分類號(hào): E21F17/18
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 何君

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在井下實(shí)際煤層中進(jìn)行瓦斯膨脹能的測(cè)定，具體涉及一種用于準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實(shí)測(cè)方法及其測(cè)定裝置，屬煤礦安全檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

煤與瓦斯突出是由地應(yīng)力、瓦斯壓力共同作用下，大量煤巖與瓦斯突然涌向采掘空間的一種動(dòng)力現(xiàn)象。由于突出動(dòng)力現(xiàn)象的發(fā)生涉及到地應(yīng)力、瓦斯因素、煤的物理力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征等多種因素的綜合作用，該問(wèn)題還遠(yuǎn)未達(dá)到完全解決的階段。最新的研究成果表明，發(fā)生突出的動(dòng)力和能源主要來(lái)源于煤體內(nèi)瓦斯在幾秒鐘內(nèi)突然的釋放膨脹做功，該能量大小決定著突出的發(fā)生和發(fā)展。

目前把瓦斯膨脹能應(yīng)用于煤層突出危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)的相關(guān)研究，主要是在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行單位質(zhì)量煤樣中初始釋放瓦斯膨脹能的測(cè)定。但由于測(cè)定過(guò)程中煤樣物理結(jié)構(gòu)特性與實(shí)際煤層存在較大差異，也無(wú)法加載和分析地應(yīng)力、煤層透氣性等因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，因此實(shí)驗(yàn)室煤樣中釋放瓦斯膨脹能的測(cè)定結(jié)果無(wú)法真實(shí)反映實(shí)際煤層具有的瓦斯膨脹能大小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性的煤層釋放瓦斯膨脹能的實(shí)測(cè)方法及測(cè)定裝置。煤層釋放瓦斯膨脹能的實(shí)測(cè)方法是利用井下煤層瓦斯壓力測(cè)定鉆孔，通過(guò)快速采集測(cè)壓鉆孔卸壓過(guò)程中的瓦斯壓力與溫度參數(shù)，以及利用氣體流過(guò)漸縮管的特性，從而實(shí)現(xiàn)煤層釋放瓦斯膨脹能的實(shí)測(cè)。由于鉆孔在突然卸壓時(shí)，孔壁周邊煤體內(nèi)瓦斯會(huì)瞬間解吸涌入至鉆孔內(nèi)；當(dāng)瓦斯從鉆孔內(nèi)釋放至井下大氣過(guò)程中，應(yīng)用氣體流過(guò)漸縮管的特性，通過(guò)快速采集瓦斯釋放過(guò)程中的壓力和溫度參數(shù)，從而計(jì)算出釋放瓦斯膨脹能大小。

根據(jù)流體力學(xué)理論，漸縮管出口瓦斯流速達(dá)到聲速時(shí)，鉆孔內(nèi)瓦斯釋放流動(dòng)狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)，其臨界壓力為：

p*=p0(2n+1)-nn-1---(1)]]>

式中，p*-鉆孔內(nèi)瓦斯釋放流動(dòng)臨界壓力，MPa；

P₀-井下大氣壓力，MPa；

n-瓦斯的絕熱指數(shù)。

在P_τ>p*時(shí)，鉆孔內(nèi)瓦斯釋放流動(dòng)狀態(tài)為超臨界狀態(tài)，漸縮管出口處瓦斯流量與鉆孔內(nèi)瓦斯壓力的關(guān)系如下：

m=apτFTτ0.5---(2)]]>

式中，m-漸縮管出口處瓦斯質(zhì)量流量，kg/s；

P_τ-任意時(shí)刻鉆孔內(nèi)釋放瓦斯壓力，Mpa；

F-漸縮管出口有效斷面積，m²；

T_τ-任意時(shí)刻鉆孔內(nèi)釋放瓦斯溫度，K；