[發明專利]一種測定煤層瓦斯壓力的方法及裝置

有效

• 申請號: 201310263927.X
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103334739A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 程國強;胡千庭;譚云亮;田靜萍;李磊;王毅;孟麗華;于海峰
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21B47/06
• 分類號: E21B47/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于煤層瓦斯測定技術領域，尤其涉及一種測定煤層瓦斯壓力的方法及裝置。

背景技術

幾十年來，國內外針對如何準確地測定煤層瓦斯壓力開展了大量研究和探索，提出了各種各樣的測定方法，總體上可分為直接法和間接法兩大類。

一、直接測定法

直接測定法是通過鉆孔揭露煤層，安設測定儀表并密封鉆孔，利用煤層中的瓦斯自然滲透原理測定在鉆孔揭露處達到平衡的瓦斯壓力。其中封孔是關鍵的一道工序，它直接影響著測得的瓦斯壓力的準確性。因此，根據封孔工藝不同，出現了很多直接測壓方法，如“粘土、水泥封孔測壓法”、“膠圈封孔器測壓法”、“膠囊-壓力粘液封孔測壓法”和“聚氨酯泡沫-壓力粘液封孔測壓法”等。

目前，我國煤層瓦斯壓力的測定方法中，直接測定法使用較為廣泛，測得的結果也比較準確。但是，此法為了得到穩定的煤層瓦斯壓力，測壓周期較長，往往不能對快速開拓的煤礦動態系統起到指導作用。

二、間接測定法

間接測定法是根據煤層透氣性系數、瓦斯解吸規律、煤層瓦斯含量系數曲線等，通過計算，推測出該地點的瓦斯壓力。此方法一般可以分為根據瓦斯壓力梯度、煤層瓦斯涌出量、煤層原始瓦斯含量、煤樣殘余瓦斯含量煤屑解吸指標Δh₂、井下煤屑瓦斯解吸量等幾種。

以上間接測壓法一般是在現場缺乏測壓條件(如沒有合適的測壓地點)時使用，它操作簡便，能夠節省測試經費，但是要測算的參數較多，工作量大，而且原有的計算公式逐漸不能滿足現在日趨復雜的煤礦開采形勢。

由于影響煤層瓦斯壓力的因素較多，各影響因素之間存在著動態、模糊的非線性關系，其變化過程表現為復雜的非線性動力學過程。而BP神經網絡具有自組織、自適應、并行處理等特性和很強的非線性映射能力，能夠解決因果關系模糊且高度非線性的預測難題。所以本發明利用BP神經網絡，通過鉆孔瓦斯涌出量與煤層瓦斯壓力之間的關系對煤層瓦斯壓力進行快速反演。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種測定煤層瓦斯壓力的方法及裝置，旨在解決傳統的測定煤層瓦斯壓力方法周期較長，間接測定測定方法很難準確地建立煤層瓦斯壓力測算模型的問題。

本發明實施例是這樣實現的，一種測定煤層瓦斯壓力的方法，在鉆孔封孔后初期，鉆孔瓦斯涌出量q隨時間t符合乘冪函數關系，即q=At^-B，式中鉆孔瓦斯涌出初速度A和衰減系數B為隨煤層瓦斯壓力變化而變化的參數；利用此關系，通過BP神經網絡可對煤層瓦斯壓力進行快速反演。

進一步，該測定煤層瓦斯壓力的原理是：在鉆孔封孔后初期，鉆孔瓦斯涌出量q隨時間t符合乘冪函數關系，即q=At^-B，式中鉆孔瓦斯涌出初速度A和衰減系數B為隨煤層瓦斯壓力變化而變化的參數。利用此關系，通過BP神經網絡對煤層瓦斯壓力進行快速反演。

該測定煤層瓦斯壓力的方法包括以下步驟：

收集不同地區、不同地質及開采條件的煤層鉆孔瓦斯涌出規律數據，處理得到樣本數據；

根據煤層瓦斯賦存條件、地質環境及抽采工藝等情況從樣本數據中篩選合適的反演煤層瓦斯壓力的樣本，組成樣本庫；

通過訓練及測試得到反演煤層瓦斯壓力的BP神經網絡；

現場打鉆測得煤層瓦斯濃度與總流量，將其相乘得到不同時間的鉆孔瓦斯涌出量，繪出鉆孔瓦斯涌出量隨時間變化的q-t曲線；

對曲線進行函數擬合，獲得擬合參數，處理之后得到一個輸入樣本，將其歸一化后輸入到訓練好的反演煤層瓦斯壓力的BP神經網絡中，經過運算得到煤層的瓦斯壓力。

進一步，通過煤礦現場數據采集、文獻資料整理和數值模擬三種途徑收集樣本數據，建立樣本庫。

進一步，對實測q-t曲線進行函數擬合，得到擬合參數：鉆孔瓦斯涌出初速度A和衰減系數B，將其與已知的鉆孔半徑R₁及煤層埋深H組成一個輸入樣本{R₁，H，A，B}。

本發明實施例的另一目的在于提供一種測定煤層瓦斯壓力的裝置，該測定煤層瓦斯壓力的裝置包括：進氣管、測量室、黃泥封孔口、導氣管、流量傳感器、瓦斯濃度傳感器、傳感器探頭、真空泵、出氣管、信號調理電路、A/D轉換器、PC機；

進氣管、黃泥封孔口、導氣管設置在測量室內，流量傳感器連接導氣管、真空泵和瓦斯濃度傳感器，出氣管安裝在真空泵上，信號調理電路連接流量傳感器和瓦斯濃度傳感器，A/D轉換器連接信號調理電路，PC機連接A/D轉換器。

進一步，流量傳感器通過導氣膠皮管連接導氣管。