专利名称：利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定方法
技术领域：
本发明涉及煤矿安全技术领域，具体设计一种利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤 体瓦斯含量测定方法。
背景技术：
煤体瓦斯含量的测定工作是当前煤矿安全生产中主要测定参数，是矿井巷道布 置、通风设计、抽采设计以及区域突出危险预测的基础。当前瓦斯含量测定方法主要有间接测定法和直接测定法两种。间接法测定测定瓦斯含量是根据煤层实测瓦斯压力和实验室测定的煤层吸附常 数值以及工业分析结果，并运用朗格缪尔方程计算煤体瓦斯含量。即！Mz^( 1 )
L 」Τρ0ξ (\ + bp)(1 + 0.31妒) 100式中A、W——煤中的灰分和水分，％a、b——煤的吸附常数；t、tQ——煤层与实验温度，。C ；p. p0——煤层瓦斯绝对压力与标准状态下的空气压力，Mpa ；V——煤的空隙容积，m3/t ； η-系数，η = 0. 02/ (0. 993+0. 07ρ)；ξ—瓦斯压缩系数。间接法测定煤体瓦斯含量的关键在于井下煤层瓦斯压力的准确测定，其可以有效 的测定游离瓦斯。也正是这一技术特点，为我们测定煤体瓦斯含量带来了众多的不便。其 主要不足在于①瓦斯压力测量工艺极其复杂。瓦斯压力测点的选择布置、封孔工艺、各漏气环节 的处理等都是极为困难的，无论哪个环节处理的不慎均可导致测压结果失效或不可靠。②瓦斯压力测量周期过长。无论是主动测压法还是被动测压法，其测压时间均在 半个月以上，测定周期较长。并且其测量仪器在井下得不到有效的维护，影响了测量结果的 可靠性。这些都不能满足生产矿井对瓦斯含量测定的要求。③测量成本太高。间接法测定煤体瓦斯含量还需进行实验室测试分析，工程量极 大、成本较高，不能适应经济性的需要。直接法测定瓦斯含量是通过取钻粉或钻芯来测定煤体在常压下的可解吸瓦斯量 Q1再加上煤体再常压下的不可解吸瓦斯量Q2与取芯瓦斯损失量Q3计算得到的。即Q = Q!+Q2+Q3(2)直接法测定煤体瓦斯含量，在很大程度上弥补了瓦斯含量间接测定方法的不足。 为我们在测定瓦斯含量提供了一定的便捷。但是，这种依靠钻孔取芯来测量煤体的瓦斯含 量也在存在一定的不足。①工艺繁琐。瓦斯含量直接测定技术的工艺虽然相对于间接法测瓦斯含量已经有很大的改进，但是其工艺依然繁琐。无论是取芯还是瓦斯的解吸都在一定程度上影响了测 定煤体瓦斯含量的速度，不利于利用瓦斯含量来进行煤与瓦斯突出的危险性的连续预测。②损失瓦斯量(取芯过程中的游离瓦斯损失)的推算有一定的误差。损失瓦斯量 Q3在计算和测量上都存在一定的推导，推导的可信度在一定程度上影响了测量的准确性。③操作人员的技术水平影响测定结果。工人的操作水平会在一定程度上影响煤样 的取芯速度，从而影响瓦斯含量测定的结果。另外，上述两种瓦斯含量测定方法在技术上都主要是通过对局部瓦斯含量的测定 以及推断去代表该区域的瓦斯含量，是静态的，且以一点代面。这不仅会遗漏某些瓦斯赋存 异常区域，更不能及时的反映煤体瓦斯含量的局部变化。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本发明针对现有煤矿瓦斯监控系统对井下瓦斯涌 出数据的在线式监测以及井下掘进施工工序特点，根据瓦斯含量是瓦斯涌出主要影响因素 的特征，从监控数据中提取采落煤岩体受采掘影响初期及至采落运离井巷掘进面的瓦斯涌 出数据，较为准确的掌握采落煤体的瓦斯涌出量并有效的反演出掘进面煤体的瓦斯含量。本发明的目的是这样实现的利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定 方法，包括如下步骤1)获取巷道施钻设计特征参数α、巷道形状设计特征参数β、巷道风量Qf以及班 次时间Τ、巷道掘进速度V以及时空修正参数P1与P2，其中α =巷道壁内钻孔长度/钻孔 总长度、β =掘进面迎头面积/(新鲜巷道壁面积+掘进面迎头面积)；2)根据井下作业情况，划分井下施钻作业班次与非施钻作业班次，从煤矿瓦斯监 控系统的实时瓦斯涌出监控数据中提取分别获取各作业班次瓦斯涌出监控数据，并计算获 得井下施钻作业班次与非施钻作业班次的瓦斯涌出监控数据班次均值f、C和30分钟
^JjM^H. Xi,30-,1> Xi,30-,2 ；3)获取瓦斯涌出量特征值Y，其中第i个班次若为施钻作业，则通过下式获得瓦斯涌出量特征值Yiil
权利要求
利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定方法，其特征在于包括如下步骤1)获取巷道施钻设计特征参数α、巷道形状设计特征参数β、巷道风量Qf以及班次时间T、巷道掘进速度V以及时空修正参数P1与P2，其中α＝巷道壁内钻孔长度/钻孔总长度、β＝掘进面迎头面积/(新鲜巷道壁面积+掘进面迎头面积)；2)根据井下作业情况，划分井下施钻作业班次与非施钻作业班次，从煤矿瓦斯监控系统的实时瓦斯涌出监控数据中提取分别获取各作业班次瓦斯涌出监控数据，并计算获得井下施钻作业班次与非施钻作业班次的瓦斯涌出监控数据班次均值和30分钟移动最小值Xi，30mm，1、Xi，30mm，2；3)获取瓦斯涌出量特征值Y，其中第i个班次若为施钻作业，则通过下式获得瓦斯涌出量特征值Yi，1 <mrow><msub> <mi>Y</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>=</mo><mo>[</mo><mover> <msub><mi>X</mi><mrow> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>β</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><msub> <mi>X</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>.</mo><mn>30</mn><mi>mm</mi><mo>,</mo><mn>1</mn> </mrow></msub><mo>]</mo><mo>×</mo><mi>α</mi><mo>;</mo> </mrow>第i个班次若为非施钻作业，则通过下式获得瓦斯涌出量特征值Yi，2 <mrow><msub> <mi>Y</mi> <mn>1,2</mn></msub><mo>=</mo><mover> <msub><mi>X</mi><mn>1,2</mn> </msub> <mo>‾</mo></mover><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <mi>β</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><msub> <mi>X</mi> <mrow><mn>1,30</mn><mi>mm</mi><mo>,</mo><mn>2</mn> </mrow></msub><mo>;</mo> </mrow>4)通过下式获得瓦斯涌出量反演结果Q <mrow><mi>Q</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mi>i</mi><mo>-</mo><mi>n</mi> </mrow> <mi>i</mi></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Y</mi><mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn></mrow> </msub> <mo>×</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><msub> <mi>Q</mi> <mi>f</mi></msub><mo>+</mo><msubsup> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mi>i</mi><mo>-</mo><mi>n</mi> </mrow> <mi>i</mi></msubsup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>Y</mi><mrow> <mi>j</mi> <mo>,</mo> <mn>2</mn></mrow> </msub> <mo>×</mo> <mi>T</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>×</mo><msub> <mi>Q</mi> <mi>f</mi></msub> </mrow> <msub><mi>M</mi><mi>n</mi> </msub></mfrac><mo>+</mo><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mo>·</mo><mi>ln</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>V</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>+</mo><msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn></msub><mo>;</mo> </mrow>式中Mn——掘进面第i n到第i班次的落煤量，单位吨；Q——煤体瓦斯含量反演结果，单位m3/吨；Qf——巷道风量，单位m3/min。FSA00000279839000011.tif
2.如权利要求1所述的利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定方法，其特 征在于步骤2)中第i个班次若为施钻作业，则瓦斯涌出监控数据班次均值不,1 τ Σ!ι=ι ·第i个班次若为非施钻作业，则瓦斯涌出监控数据班次均值式中τ为一个班次作业时间长度，单位min ；Xi为煤矿瓦斯监控系统获得的第i分钟的 瓦斯涌出监控均值，单位％ ；第i个班次若为施钻作业，则瓦斯涌出班次30分钟移动最小值；V30 r V3' r V7+29X Vr r χ =IBinrzj 1=1 乙1=2 ··· ~L ... L·,-T-I^ Λ 130'响1 L 30 ‘ 30 ‘ ‘ 30 ‘ ‘ 30 J .5第i个班次若为非施钻作业，则瓦斯涌出班次30分钟移动最小值；V30 T V31 r V+29X Vr V χ =Ininrzj1=1 ‘厶1=2 1~- ■··1I⑶瞧，2 L 30 ‘ 30 ‘ ‘ 30 ‘ ‘ 30 Jο
3.如权利要求1所述的利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定方法，其特 征在于步骤1)中，炮掘掘进面的时空修正参数P1 = P2 = 0，机掘掘进面时空修正参数Pl =5-6，P2 = 9-10。
4.如权利要求3所述的利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定方法，其特 征在于步骤1)中，机掘掘进面时空修正参数Pl = 5. 58，P2 = 9. 75。
全文摘要
本发明涉及煤矿安全技术领域，具体涉及一种利用掘进面瓦斯涌出参数反演的煤体瓦斯含量测定方法，包括如下步骤获取巷道施钻设计特征参数、巷道形状设计特征参数、巷道风量以及班次时间、巷道掘进速度以及时空修正参数；从煤矿瓦斯监控系统的实时瓦斯涌出监控数据中提取分别获取各作业班次瓦斯涌出监控数据，并计算获得井下施钻作业班次与非施钻作业班次的瓦斯涌出监控数据班次均值和30分钟移动最小值；获取瓦斯涌出量特征值；根据上述数据，反演获得瓦斯涌出量；本发明首次利用掘进面瓦斯涌出参数对掘进面前方煤体瓦斯含量进行实时分析、预测与反演。实现了对掘进面瓦斯含量的非接触式、连续预测与反演分析。
文档编号E21B49/00GK101975075SQ20101028921
公开日2011年2月16日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者唐韩英, 孙东玲, 宁小亮, 宋志强, 崔俊飞, 张庆华, 文光才, 李向东, 覃木广, 谈国文, 赵旭生, 邓敢博, 邹云龙, 韩文骥 申请人:煤炭科学研究总院重庆研究院