[發(fā)明專利]井下煤層瓦斯含量定點鉆屑取樣及瓦斯含量計算方法

在審

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• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN106840756A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發(fā)明（設計）人: 鄭曉亮;袁亮;薛生;劉澤功;李堯斌;周波;李文權;陳鮮展
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N1/08
• 分類號: G01N1/08;G01N33/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于煤礦瓦斯災害防治領域，尤其涉及一種井下煤層瓦斯含量定點鉆屑取樣及瓦斯含量計算方法。

背景技術

煤與瓦斯突出是發(fā)生在煤礦井下的一種極其復雜的瓦斯動力災害現(xiàn)象。我國2009年起執(zhí)行了《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》，對煤與瓦斯突出煤層的開采提出了嚴格要求，但煤與瓦斯突出災害防治形勢依然嚴峻，時有事故發(fā)生。進行煤與瓦斯突出預測，能指導防突措施科學的運用、減少防突措施工程量，保障突出煤層作業(yè)人員的人身安全。因此，突出預測具有重大的現(xiàn)實意義。根據(jù)煤與瓦斯突出的綜合作用假說，煤層瓦斯含量是瓦斯突出的直接控制因素，只有達到一定的瓦斯含量，煤層才具有突出的可能性。近年來，煤層瓦斯含量作為突出危險性預測指標越來越得到國內外的關注。

瓦斯含量法預測突出危險性的技術關鍵是快速準確測定預測煤層的瓦斯含量。澳大利亞采用壓風排碴單管取芯直接測定瓦斯含量，由于其煤層賦存條件好，煤質硬，因而能夠取到相對完整的煤芯。但由于其計算瓦斯含量時，對損失瓦斯含量沒有采取其它特殊措施，仍沿用補償計算的方式，得出的瓦斯含量值相對準確性較低。煤炭科學研究總院重慶分院全套引進澳大利亞瓦斯含量法技術，但在松軟煤層鉆進取芯時，取不到完整煤芯。后經(jīng)過風水聯(lián)動霧化排碴、雙管雙動取芯等改進試驗，在水平及上仰角取芯時可以保證煤芯一定的完整，但對損失瓦斯量的計算仍沿用澳大利亞的方法。湖南漣紹、四川南桐、河南焦作等礦區(qū)所采用的瓦斯含量法測定為鉆屑法，此法一方面對所取煤樣的破碎度大，瓦斯損失量大；另一方面在鉆孔孔口所接的煤樣不一定是煤層預定深度的煤屑，因而影響了所測瓦斯含量值的精度。澳大利亞研究人員曾試圖通過鉆桿中間排碴、周圍壓風解決預定深度鉆屑取樣問題，但由于鉆桿中間空間有限，產(chǎn)生的鉆屑量與之不成比例，導致鉆桿堵塞，取樣深度達不到10m以上。國內相關研究人員針對國內煤層賦存及煤質特點進行了大量的取樣方法研究工作，相繼開發(fā)出多種取樣取樣裝置，縱覽這些取樣方式，存在以下不足之處：取樣時間長，煤樣密封不好，造成取樣過程中瓦斯損失量大；難以做到真正的定點取樣，不同位置煤樣混樣嚴重；取樣量少。由此造成測定的瓦斯含量數(shù)據(jù)不準確，影響了瓦斯危險程度的客觀評價和后續(xù)選取可靠的防治措施。

發(fā)明內容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術中的不足之處，提供一種取樣時間短、定點準確、瓦斯損失量小的鉆屑定點取樣及瓦斯含量計算方法。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案：鉆屑定點取樣及瓦斯含量計算方法，包括以下具體步驟：

(1)首先進行了煤樣采集和制備，在實驗室完成不同溫度下的解吸曲線測定，得到一系列瓦斯解吸量Q＝AQ(t)曲線，式中A是擬合系數(shù)，t是時間，同時建立溫度和擬合系數(shù)的關系方程T＝T(A)；

(2)根據(jù)防突技術方案選取合適的煤層取樣位置，布置鉆機和取樣鉆桿系統(tǒng)進行鉆孔作業(yè)，取樣鉆桿聯(lián)接在鉆頭后，取樣鉆桿后聯(lián)接普通信號傳輸鉆桿，每間隔10個普通信號傳輸鉆桿聯(lián)接一個帶傳輸信號放大功能的鉆桿；

(3)當鉆孔鉆到預定的采樣深度后，鉆桿原位旋轉一會，將鉆孔前方鉆屑排出；

(4)通過采集倉控制器控制取樣鉆桿上的采集倉打開采集倉門；

(5)繼續(xù)向前鉆進，采集倉采集鉆頭前方破碎的煤屑；

(6)停止鉆進，通過采集倉控制器控制取樣鉆桿上的采集倉關閉采集倉門，并記錄采集時間t₀、鉆頭處環(huán)境溫度T₀；

(7)將鉆桿退出，取下取樣鉆桿，取樣鉆桿作為煤樣罐，完成煤樣存儲的任務；

(8)將取樣鉆桿帶回地面實驗室，將取樣鉆桿放氣口與解吸測定裝置連接，測定自然解吸氣體量Q_J；

(9)打開取樣鉆桿，選取一定有代表性的煤樣放入破碎系統(tǒng)，測定粉碎煤樣過程中的瓦斯解吸量Q_C；

(10)將井下取樣時記錄的鉆頭處環(huán)境溫度T₀帶入關系方程T＝T(A)，推算出A₀，再由A₀得到瓦斯解吸量Q＝A₀Q(t)方程，將井下煤樣采集時間t₀代入方程Q＝A₀Q(t)可得到井下采樣時的瓦斯損失量Q_S；

(11)最后得到瓦斯含量Q₀＝Q_S+Q_C+Q_J，完成一次瓦斯含量檢測過程。