[发明专利]一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置

说明书

本发明涉及煤与瓦斯突出的灾害防治技术领域，特别涉及一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置。在该方法包括如下步骤：测量待测煤样的孔隙度；对待测煤体系进行瓦斯水合固化试验；采集瓦斯水合物在不同饱和度时的待测煤体系的介电常数、压强和温度；根据孔隙度、待测煤体系的压强和温度，确定待测煤体系的第一含水量；构建介电常数与经水合反应后的第一含水量的映射关系；采集包括目标煤样的目标煤体系的介电常数和目标煤样的孔隙度；根据目标煤体系的介电常数、映射关系和目标煤样的孔隙度，确定目标煤体系的瓦斯水合物饱和度。本发明提供的一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置能够快速精准获取瓦斯水合的饱和度。

技术领域

本发明涉及煤与瓦斯突出的灾害防治技术领域，特别涉及一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿井下发生的一种灾害，是破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出的现象。水合物法是防治煤与瓦斯突出的一种有效方法，利用水合物法防治煤与瓦斯突出需要精确获取瓦斯水合物的合成量，而获取瓦斯水合物的合成量需要获取瓦斯水合物的饱和度(固体瓦斯水合物体积占煤体系中煤的孔隙体积的体积比)。

相关技术中，水合物的饱和度的计算方法有电阻率法、声速法、计算机断层扫描成像技术和时域反射技术，但是缺乏针对煤体系中的瓦斯水合物饱和度的计算方法与装置。

因此，急需一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置，能够快速精准获取瓦斯水合的饱和度。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法和装置，能够快速精准获取瓦斯水合的饱和度。

第一方面，本发明提供了一种用于计算瓦斯水合物饱和度的方法，包括如下步骤：

测量待测煤样的孔隙度；

将所述待测煤样、水和瓦斯气体混合形成待测煤体系，并对所述待测煤体系进行瓦斯水合固化试验，以使所述水和所述瓦斯气体发生水合反应得到瓦斯水合物；

在第一时间节点采集所述瓦斯水合物在不同饱和度时的所述待测煤体系的介电常数、压强和温度；其中，所述第一时间节点为所述水合反映过程中的多个时间节点；

根据所述孔隙度、所述待测煤体系的压强和温度，确定经水合反应后的所述待测煤体系的第一含水量；其中，所述第一含水量为经水合反应后剩余的水占所述待测煤样的孔隙的体积比；

针对所述瓦斯水合物的不同饱和度，构建所述待测煤体系的介电常数与经水合反应后的所述待测煤体系的第一含水量的映射关系；

采集包括目标煤样的目标煤体系的介电常数、所述目标煤样的体积和目标煤样的孔隙度；

根据所述目标煤体系的介电常数、所述映射关系、所述目标煤样的体积和所述目标煤样的孔隙度，确定所述目标煤体系的瓦斯水合物饱和度。

优选地，所述第一含水量通过所述待测煤样的孔隙度、所述待测煤样的体积和所述待测煤体系中的水的体积确定。

优选地，所述待测煤体系中的水的体积通过如下公式确定：

式中，为所述瓦斯气体的摩尔质量，Δn为所述水合反应消耗的瓦斯气体的摩尔量，n为水合指数，表示水的摩尔质量，ρ为水的密度，V₁为所述待测煤体系中未发生水合反应时水的体积，V₂为所述待测煤体系中的水的体积。

优选地，所述消耗的瓦斯气体的摩尔量通过如下公式确定：

pV＝ΔnZRT

式中，p为所述压强，T为所述温度，V为所述瓦斯气体的体积，R为摩尔气体常数，Z为压缩因子。