[發明專利]一種煤礦井下快速測定煤層瓦斯參數的方法與裝置

有效

• 申請號: 201710014729.8
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN106885755B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 劉清泉;王振洋;王飛;易明浩;程遠平;郝從猛;胡彪;蔣炤南;王成浩;王德洋;雷楊;何鑫鑫;任天威;李偉;王海亮;毋首杰;聶雷
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N7/04
• 分類號: G01N7/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

1.一種煤礦井下快速測定煤層瓦斯參數的方法，測定方法使用的測定裝置有一個煤樣罐和瓦斯參數快速測定儀，煤樣罐通過導氣管與瓦斯參數快速測定儀的進氣口接通，進氣口與流量計的一端相接，流量計的另一端通過軟管與出氣口相接，同時通過導線與單片機相連；單片機設有數據存儲裝置，用于數據庫以及解吸數據的存儲；顯示器安裝在單片機上側，單片機另連接有本安控制電路，本安控制電路另與鋰電池電源相連，由鋰電池進行供電；瓦斯參數快速測定儀外殼另設有USB接口，充電接口和按鍵；

其特征是：測定方法是：實驗室進行解吸曲線與瓦斯參數對應關系的測定，并進行整理匯總成數據庫；然后利用瓦斯參數快速測定儀進行現場采集鉆屑解吸數據，與建立的數據庫進行對比，匹配出最接近的解吸曲線，獲得該曲線所對應的瓦斯參數；

具體步驟如下：

(1)實驗室數據庫的制備與建立

取新鮮煤樣密封保存后送至實驗室，進行煤的視密度和孔隙率的測定，同時按照規定粉碎煤樣并篩取粒徑為1-3mm的煤樣裝至煤樣罐，然后進行20℃下的等溫吸附實驗，然后分別在15℃、20℃和25℃環境溫度下進行等溫解吸實驗，將多組煤樣的解吸數據進行匯總，分別獲取三種溫度的解吸規律，并進行溫度校正，求解出解吸曲線和瓦斯參數對應的關系，最終建立以20℃、1～3mm粒徑的新鮮煤樣為條件的數據庫，數據庫設置15條解吸曲線及其對應的瓦斯參數，滿足現場測定瓦斯參數的范圍；

(2)煤層瓦斯參數的現場測定

測定前，應確保瓦斯參數快速測定儀能夠正常使用并檢查導氣管的密封性，鉆取工作面測定地點的煤樣，在見煤時，立刻按下瓦斯參數快速測定儀的按鍵進行暴露時間的測定，同時迅速篩取粒徑1-3mm的煤樣500g左右裝入煤樣罐；當煤樣罐密封嚴實后，迅速按下裝罐結束按鍵，并開始瓦斯解吸量的測定；

測定結束后，記錄井下的環境溫度并進行煤樣的稱重，在瓦斯參數快速測定儀上鍵入環境溫度與煤樣重量值，與建立的數據庫進行對比，匹配出最接近的解吸曲線，獲得該曲線所對應的瓦斯參數；

針對解吸數據與數據庫曲線的最佳曲線的選擇，采用最小二乘法，即利用解吸數據的開始點、結束點以及時間的中間點，三個點對應的解吸量與數據庫曲線對應時間點的解吸量逐一進行對比，選出誤差的平方和最小的一個曲線，即為最佳曲線，其對應的瓦斯參數就是測定結果。

2.根據權利要求1所述的煤礦井下快速測定煤層瓦斯參數的方法，其特征是：解吸量與數據庫曲線進行比對的方法有直接匹配法和含損失量匹配法；

所述的直接匹配法是指：利用解吸數據，獲得累計解吸曲線，然后累計解吸曲線放入數據庫中與原有數據庫曲線進行對比，即將數據庫中所有曲線自動減去開始計算流量的時間點t0之前的解吸量，使用剩余的解吸量進行對比的方法；

所述的含損失量匹配法是指：加上煤樣損失瓦斯量后的解吸數據與數據庫進行對比，分為冪函數法和法；

a.法

法是根據煤樣開始暴露一段時間內V_t0和呈直線關系來進行確定的，即：

式中：a、b為待定常數，當時，V_t0＝a，a值即為所求的煤樣損失瓦斯量；計算a值前首先以為橫坐標，以V_t0為縱坐標作圖，由圖大致判定呈線性關系的各測點，然后根據這些點的坐標值，按最小二乘法求出a值，即為所求的煤樣損失瓦斯量；

b.冪函數法

將測得的(t，V_t)數據轉化為解吸速度數據然后對按下式擬合求出q₀和n；

q_t＝q₀·(1+t)^-n

式中：q_t—時間t對應的瓦斯解吸速度，cm³/min；

q₀—t＝0時的對應的瓦斯解吸速度，cm³/min；

t—包括煤樣暴露時間T₀在內的瓦斯解吸時間，min；

n—瓦斯解吸速度衰減系數，0＜n＜1；

煤樣的損失瓦斯量按下式計算：

式中：X_s—煤樣損失瓦斯量，cm³；

T₀—煤樣暴露時間，min；

即分別利用冪函數法和法計算獲取解吸數據中的煤樣損失瓦斯量，繼而獲得整個解吸數據，然后與數據庫內曲線進行匹配。