[發(fā)明專利]一種煤層瓦斯可解吸量快速測(cè)算系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110071522.0
• 申請(qǐng)日: 2021-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN112903519B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王林;秦玉金;陳向軍;蘇偉偉;田富超;郭懷廣;安豐華;李杰;馬金魁
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué);中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01N7/14
• 分類號(hào): G01N7/14;G01N7/16
• 代理公司: 北京合創(chuàng)致信專利代理有限公司 16127
• 代理人: 劉素霞

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N煤層瓦斯可解吸量快速測(cè)算系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)用于對(duì)目標(biāo)煤層的瓦斯極限可解吸量進(jìn)行測(cè)定，包括：煤樣罐和測(cè)定裝置，煤樣罐與測(cè)定裝置的進(jìn)氣口通過解吸管道連接，煤樣罐用于存儲(chǔ)目標(biāo)煤層的煤樣；測(cè)定裝置包括：可編程邏輯控制器和流量傳感器；流量傳感器與可編程邏輯控制器通訊連接，且設(shè)置于測(cè)定裝置內(nèi)部，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)瓦斯從煤樣罐擴(kuò)散至測(cè)定裝置內(nèi)的流量，并將流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至可編程邏輯控制器；可編程邏輯控制器中預(yù)先寫入瓦斯動(dòng)態(tài)擴(kuò)散簡(jiǎn)化模型，能夠根據(jù)流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、取樣時(shí)間和煤樣罐中煤樣的重量，對(duì)預(yù)設(shè)擴(kuò)散時(shí)間內(nèi)煤樣的瓦斯極限可解吸量進(jìn)行計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)煤層瓦斯可解吸量的智能快速測(cè)算。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及煤層瓦斯含量測(cè)定技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種煤層瓦斯可解吸量快速測(cè)算系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

煤層瓦斯含量由瓦斯可解吸量和瓦斯殘存量構(gòu)成，瓦斯殘存量可在實(shí)驗(yàn)室通過抽氣、粉碎、色譜分析確定，或者利用Langmuir單分子層吸附模型直接計(jì)算。就現(xiàn)在應(yīng)用而言，瓦斯殘存量無論通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)定還是模型計(jì)算，其測(cè)算精度完全可滿足生產(chǎn)要求，不存在技術(shù)難點(diǎn)。在煤礦井下生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，采掘工作面涌出的瓦斯均來源于煤的瓦斯可解吸量，其可解吸能力決定了工作面瓦斯涌出強(qiáng)度。目前，獲取煤層瓦斯可解吸量手段需要經(jīng)歷兩個(gè)步驟，第一現(xiàn)場(chǎng)采樣后利用解吸儀計(jì)量煤樣瓦斯累計(jì)解吸量，第二通過瓦斯損失量補(bǔ)償模型反算采樣過程中瓦斯損失量。瓦斯累計(jì)解吸量和瓦斯損失量之和即為煤的瓦斯可解吸總量。

常用的瓦斯損失量補(bǔ)償方法有法和冪函數(shù)法，兩者構(gòu)建的基礎(chǔ)理論均是依據(jù)經(jīng)典均質(zhì)煤粒甲烷擴(kuò)散模型(以下簡(jiǎn)稱“經(jīng)典模型”)而作的處理，其物理意義視甲烷在煤粒中流動(dòng)過程為擴(kuò)散行為，遵循擴(kuò)散定律。隨著實(shí)驗(yàn)測(cè)試手段不斷豐富，許多學(xué)者皆已發(fā)現(xiàn)，在煤樣甲烷擴(kuò)散初期，擴(kuò)散系數(shù)較大，隨著擴(kuò)散時(shí)間的延長(zhǎng)，擴(kuò)散系數(shù)逐漸減小，也就是在煤粒甲烷擴(kuò)散前期，甲烷擴(kuò)散系數(shù)大于平均擴(kuò)散系數(shù)，后期擴(kuò)散系數(shù)小于平均擴(kuò)散系數(shù)，擴(kuò)散系數(shù)是逐漸在減小的。不同實(shí)驗(yàn)條件下得到的甲烷擴(kuò)散系數(shù)并非恒定值，都具有隨時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸衰減的變化規(guī)律，并且降低的幅度也比較大。而經(jīng)典模型采用的擴(kuò)散系數(shù)依然是恒定不變的平均擴(kuò)散系數(shù)，其計(jì)算的瓦斯損失量與實(shí)測(cè)值偏差較大，已不能較好的描述甲烷在煤基質(zhì)中的擴(kuò)散過程。

因此，需要提供一種針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)不足的改進(jìn)技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)的目的在于提供一種煤層瓦斯可解吸量快速測(cè)算系統(tǒng)及方法，以解決或緩解上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┤缦录夹g(shù)方案：

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N煤層瓦斯可解吸量快速測(cè)算系統(tǒng)，用于對(duì)目標(biāo)煤層的瓦斯極限可解吸量進(jìn)行快速測(cè)定，包括：煤樣罐和測(cè)定裝置，所述煤樣罐與所述測(cè)定裝置的進(jìn)氣口通過解吸管道連接，所述煤樣罐用于存儲(chǔ)所述目標(biāo)煤層的煤樣；所述測(cè)定裝置包括：可編程邏輯控制器和流量傳感器；所述流量傳感器與所述可編程邏輯控制器通訊連接，且設(shè)置于所述測(cè)定裝置內(nèi)部，用于對(duì)通過所述解吸管道擴(kuò)散至所述測(cè)定裝置內(nèi)的瓦斯解吸流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述可編程邏輯控制器；所述可編程邏輯控制器中預(yù)先寫入瓦斯動(dòng)態(tài)擴(kuò)散簡(jiǎn)化模型，能夠根據(jù)所述流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、取樣時(shí)間和所述煤樣罐中所述煤樣的重量，對(duì)預(yù)設(shè)擴(kuò)散時(shí)間內(nèi)的所述煤樣的瓦斯極限可解吸量進(jìn)行計(jì)算；其中，所述取樣時(shí)間為煤樣罐開始接取煤樣至所述流量傳感器監(jiān)測(cè)到瓦斯解吸流量的時(shí)間，所述瓦斯動(dòng)態(tài)擴(kuò)散簡(jiǎn)化模型為：

式中，t為擴(kuò)散時(shí)間，單位為秒；Q_t為t時(shí)刻的瓦斯解吸量，單位為立方厘米每克；Q_∞為所述瓦斯極限可解吸量，單位為立方厘米每克；a為所述煤樣的最大半徑，單位為厘米；D₀表征t＝0時(shí)瓦斯在所述煤樣中的初始擴(kuò)散系數(shù)，單位為平方厘米每秒；ε表征瓦斯擴(kuò)散時(shí)的衰減系數(shù)，單位為每秒分之一。