[发明专利]一种用于准确预测煤与瓦斯突出危险性的煤层释放瓦斯膨胀能的实测方法及其测定装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在井下实际煤层中进行瓦斯膨胀能的测定，具体涉及一种用于准确预测煤与瓦斯突出危险性的煤层释放瓦斯膨胀能的实测方法及其测定装置，属煤矿安全检测技术领域。

背景技术

煤与瓦斯突出是由地应力、瓦斯压力共同作用下，大量煤岩与瓦斯突然涌向采掘空间的一种动力现象。由于突出动力现象的发生涉及到地应力、瓦斯因素、煤的物理力学性质和结构特征等多种因素的综合作用，该问题还远未达到完全解决的阶段。最新的研究成果表明，发生突出的动力和能源主要来源于煤体内瓦斯在几秒钟内突然的释放膨胀做功，该能量大小决定着突出的发生和发展。

目前把瓦斯膨胀能应用于煤层突出危险性预测的相关研究，主要是在实验室进行单位质量煤样中初始释放瓦斯膨胀能的测定。但由于测定过程中煤样物理结构特性与实际煤层存在较大差异，也无法加载和分析地应力、煤层透气性等因素对测定结果的影响，因此实验室煤样中释放瓦斯膨胀能的测定结果无法真实反映实际煤层具有的瓦斯膨胀能大小。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足之处，提供一种准确预测煤与瓦斯突出危险性的煤层释放瓦斯膨胀能的实测方法及测定装置。煤层释放瓦斯膨胀能的实测方法是利用井下煤层瓦斯压力测定钻孔，通过快速采集测压钻孔卸压过程中的瓦斯压力与温度参数，以及利用气体流过渐缩管的特性，从而实现煤层释放瓦斯膨胀能的实测。由于钻孔在突然卸压时，孔壁周边煤体内瓦斯会瞬间解吸涌入至钻孔内；当瓦斯从钻孔内释放至井下大气过程中，应用气体流过渐缩管的特性，通过快速采集瓦斯释放过程中的压力和温度参数，从而计算出释放瓦斯膨胀能大小。

根据流体力学理论，渐缩管出口瓦斯流速达到声速时，钻孔内瓦斯释放流动状态称为临界状态，其临界压力为：

p*=p0(2n+1)-nn-1---(1)]]>

式中，p*-钻孔内瓦斯释放流动临界压力，MPa；

P₀-井下大气压力，MPa；

n-瓦斯的绝热指数。

在P_τ>p*时，钻孔内瓦斯释放流动状态为超临界状态，渐缩管出口处瓦斯流量与钻孔内瓦斯压力的关系如下：

m=apτFTτ0.5---(2)]]>

式中，m-渐缩管出口处瓦斯质量流量，kg/s；

P_τ-任意时刻钻孔内释放瓦斯压力，Mpa；

F-渐缩管出口有效断面积，m²；

T_τ-任意时刻钻孔内释放瓦斯温度，K；