[發(fā)明專利]煤礦采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)的游離煤層氣濃度測(cè)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110286044.5
• 申請(qǐng)日: 2021-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN113030430B
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李日富;唐建平;林府進(jìn);王然;江萬剛;付軍輝;張玉明;孫朋;賈泉敏;劉文;王亞洲;郭恒;馬正恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司
• 主分類號(hào): G01N33/22
• 分類號(hào): G01N33/22;E21F17/00
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種煤礦采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)的游離煤層氣濃度測(cè)算方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：

S1：估算采場(chǎng)頂板巖層的冒落帶、裂縫帶高度；

S2：利用數(shù)值分析法及python技術(shù)計(jì)算冒裂帶孔隙體積占比，具體包括：利用UDEC數(shù)值軟件根據(jù)相應(yīng)的邊界條件對(duì)采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行二維模擬，以巖性巖層厚度為依據(jù)或者是等值距離將模擬結(jié)果圖自下向上劃分為n個(gè)連續(xù)的區(qū)域，采用python技術(shù)對(duì)圖片進(jìn)行二值化和去燥處理，灰度值為零的區(qū)域作為統(tǒng)計(jì)的孔隙和裂隙對(duì)象；分別計(jì)算出每塊區(qū)域中孔隙的面積占整個(gè)模擬結(jié)果圖中孔隙總面積的比值Φ_i；

其中，S_i為第i塊區(qū)域中孔隙的面積；S為模擬結(jié)果圖中孔隙總面積；

S3：利用插管封孔抽氣測(cè)試的方法計(jì)算采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)不同高度儲(chǔ)層的游離煤層氣濃度；

S4：計(jì)算采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)游離煤層氣濃度，具體包括：在獲得不同儲(chǔ)層高度的游離煤層氣濃度之后，利用冒裂帶不同高度孔隙體積占比及測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)濃度，利用下式測(cè)算采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)內(nèi)儲(chǔ)層內(nèi)游離煤層氣濃度：

其中，q為采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)游離煤層氣濃度；q_i為采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層測(cè)點(diǎn)游離氣濃度；Φ_i為儲(chǔ)層測(cè)點(diǎn)所在巖層的冒裂帶孔隙體積占比；

S5：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層內(nèi)游離煤層氣濃度進(jìn)行修正。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游離煤層氣濃度測(cè)算方法，其特征在于，步驟S1中，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域巖層巖性分布和巖層力學(xué)參數(shù)基本信息，利用經(jīng)驗(yàn)法對(duì)采場(chǎng)頂板巖層的冒落帶、裂縫帶高度進(jìn)行估算。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的游離煤層氣濃度測(cè)算方法，其特征在于，步驟S1中，估算采場(chǎng)頂板巖層的冒落帶、裂縫帶高度，具體包括：

(1)單一煤層時(shí)，煤層氣儲(chǔ)層高度計(jì)算公式如下：

其中，M為開采煤層法線厚度；h為開采煤層法線垂高；t、w、l分別為與開采方式、煤體硬度及煤層傾角有關(guān)的巖土參數(shù)；

(2)當(dāng)為兩層及兩層以上煤層群時(shí)，計(jì)算方法為：

①上、下兩層煤的垂距H大于回采下層煤時(shí)所產(chǎn)生的冒落帶高度H_m時(shí)，按上、下煤層的厚度分別計(jì)算各自的儲(chǔ)層高度，取其中標(biāo)高值大者作為兩層煤的儲(chǔ)層高度；

②下層煤的冒落帶接觸到或完全進(jìn)入上層煤時(shí)，上層煤的儲(chǔ)層最大高度按本層煤的厚度計(jì)算，下層煤的儲(chǔ)層最大高度則采用上、下層煤的綜合開采高度計(jì)算，取其中標(biāo)高值大者作為兩層煤的最大經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)層高度；

上、下層煤的綜合開采厚度按下式計(jì)算：

其中，h_1-2表示上、下層煤之間的法線距離；h_t表示下層煤的冒落帶高度與采厚之比；M₁、M₂分別表示上、下層煤的法線厚度；

③如果上、下層煤的間距很小，則綜合開采厚度取兩層煤厚之和；求出綜合開采厚度之后，按照單一煤層開采時(shí)的經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)層高度的計(jì)算公式，計(jì)算出多煤層開采條件下的儲(chǔ)層高度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游離煤層氣濃度測(cè)算方法，其特征在于，步驟S3中，計(jì)算采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)不同高度的儲(chǔ)層的游離煤層氣濃度，具體包括：根據(jù)計(jì)算的冒裂帶高度，在井下向采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)儲(chǔ)層施工不同角度的鉆孔，應(yīng)保證S2中模擬結(jié)果圖的各區(qū)域都有測(cè)試孔終孔點(diǎn)，利用插管封孔抽氣測(cè)試的方法測(cè)試采動(dòng)穩(wěn)定區(qū)不同高度儲(chǔ)層的游離煤層氣濃度；如果由于探測(cè)孔長(zhǎng)度過長(zhǎng)，造成探測(cè)孔施工困難，利用實(shí)測(cè)的不同高度儲(chǔ)層的游離氣濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而推算出其他高度內(nèi)儲(chǔ)層游離氣的濃度分布值。