[发明专利]一种煤与瓦斯突出参数井下快速测定方法及装置

摘要

本发明提供一种煤与瓦斯突出参数井下钻屑快速测定方法及装置。该方法根据采煤工作现场实测直接获得煤样瓦斯解吸速度和解吸量为先验信息，建立基于先验信息为约束条件解算较为准确瓦斯衰减系数的数学模型，从而计算钻屑取样阶段的损失瓦斯解吸速度和解吸量、以及煤样中残存瓦斯解吸速度和解吸量，并利用本地区勘查阶段获得的煤层结构特征参数计算煤样的不可解吸瓦斯量，综合上述计算结果，进一步计算煤层瓦斯压力、钻屑解吸指标等煤与瓦斯突出参数等。该方法可井下现场1~2小时快速测定采煤工作面煤与瓦斯突出参数，节省煤样运送至实验室过程的时间，以及运输过程而导致瓦斯含量测定误差过大等问题。

主权项

1.一种煤与瓦斯突出参数快速测定方法，其特征在于：将煤层瓦斯解吸分为瓦斯损失解吸速度和损失量、井下自然可解吸瓦斯解吸速度和解吸量、未能直接测量的残余可解吸速度和瓦斯量、常压吸附平衡状态下的不可解吸瓦斯量共4部分，实施步骤如下：（1）现场煤屑取样根据煤层构造设计钻孔位置、倾角、方位、深度；用钻机实施钻孔，至预先设计的深度处记录起钻时间，为煤样暴露时间；继续钻进至设计深度处，利用风力排出煤屑；用双层筛网分选煤屑，孔径分别为1.0mm和3.0mm，装入煤样罐，要求煤样暴露时间至装罐时间小于2分钟； （2）井下自然条件下瓦斯解吸速度和解吸量实测迅速将步骤（1）所述的煤样罐接入仪器，测量煤样罐中瓦斯解吸速度和瓦斯含量，并测量大气压力、温度参数；连续观测时间要求60～120分钟，测定频率为6Hz，共记录数据21600～43200组，每组数据含测定时间、瓦斯解吸速度、瓦斯解吸量、压力、温度参数；并对煤样称重； （3）煤层瓦斯解吸规律模型及计算由上述步骤（2）获得的海量数据组基于贝叶斯概率统计学规律回归分析计算所述的损失瓦斯解吸速度和损失量,以及残存可解吸速度和损失量；具体测定方法如下:a、观测量的修正；将观测结果换算为标准大气压力和温度状态下解吸速度和体积；b、损失瓦斯解吸速度和瓦斯量计算煤样解吸速度 与暴露时间符合乘幂指数衰减规律，即：式中为从开始的瓦斯解吸时间，为时间时刻对应的瓦斯解吸速度，为时对应的瓦斯解吸速度，为瓦斯解吸速度衰减系数；利用前9分钟测量数据，采用贝叶斯概率方法回归分析获得煤样的初始解吸速度和衰减系数，获得现场煤屑取样阶段损失的瓦斯解吸速度，然后利用积分算法，可获煤样损失瓦斯解吸量；利用已知信息建立贝叶斯的统计概率模型如下：式中，是常量，表示在煤与瓦斯突出参条件下发生灾害的概率，是已知数据条件下随模型变化的函数，表达的是模型参数与观测数据之间的相对概率，在已知数据约束下，可求得瓦斯的初始解吸速度及其置信区间；c、残余可解吸速度和瓦斯量计算同样道理，利用30～120分钟的实测数据采用b所述方法获得井下未能直接测量的残余可解吸速度和瓦斯量；d、不可解吸瓦斯量计算对于特定煤田或采掘工作面而言，煤结构成分相对固定，故煤层的常温常压瓦斯吸附和游离平衡状态下的不可解吸瓦斯量为固定值，井下快速测定可直接输入参数计算，公式如下：式中，煤的瓦斯吸附量常数，煤的吸附压力常数，煤的灰分，煤的水分，煤的孔隙率，煤的容重，上述参数依据区域地勘实测值输入；不可解吸瓦斯解吸速度为0；e、煤层瓦斯压力和瓦斯含量计算综合累加瓦斯损失量、井下自然可解吸瓦斯、未能直接测量的残余可解吸和不可解吸斯量煤层的瓦斯含量得到工作面的煤层的瓦斯含量，并利用瓦斯解吸量根据d所述公式解算瓦斯压力；f、钻屑解吸指标由上述模型计算获得煤样瓦斯解吸速度、瓦斯解吸量，并由此参数计算煤与瓦斯前1分钟参数，即和，公式如下：