CN111982567A - 深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法，属于煤炭开采及煤矿安全领域。该方法包括：S1：根据需要，确定取样位置和取样深度；S2：采用取样时所用钻头，以取样钻进时的钻进速度和钻机转速，在取样煤层施钻，收集煤屑并分析煤屑粒度分布；S3：获得取样管道内各个截面上的温度、压力和粒度分布；S4：建立不同温度、压力及粒度分布条件下的解吸曲线；S5：确定各个截面上瓦斯解吸量极值；S6：计算截面上瓦斯解吸损失量真实值；S7：数据拟合，确定整个取样过程中瓦斯解吸曲线；S8：计算取样过程中瓦斯解吸损失量。本发明使反循环取样过程中瓦斯损失量更加接近真实值，提高煤层瓦斯含量测量的准确性。

Description

深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法

技术领域

本发明属于煤炭开采及煤矿安全技术领域，涉及一种深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法。

背景技术

煤炭是我国能源的基石，长期以来，煤炭在我国一次性能源消费中占50％以上。但同时我国是世界上瓦斯灾害最严重的国家之一。煤层瓦斯含量是研究煤层瓦斯赋存规律，评估煤层气储量，预测煤与瓦斯突出危险性的核心指标。准确测量煤层瓦斯含量对确保煤矿安全高效生产和煤层气开发利用具有十分重要的意义。然而，“测不准”是目前煤层瓦斯含量测量中公认的难题。

煤层瓦斯含量井下直接测量技术是最常用的煤层瓦斯含量测量方法。煤层瓦斯含量直接测量误差根源是取样过程中的瓦斯损失量。国内外学者对取样过程中瓦斯损失量补偿计算进行了大量的研究，并提出了负指数式等多种计算模型，但这些模型都没有考虑煤样在取样过程中瓦斯解吸规律与煤样在常温常压下解吸规律的差异。现有的研究已经证实，温度、压力和粒度是影响瓦斯解吸逸散的主要因素，而反循环取样过程中，温度、压力并不恒定，煤样在反循环管道内输送过程中，碰撞破碎导致粒径发生显著改变。因此，亟需针对反循环取样的实际，建立更加准确的瓦斯损失量补偿模型，提高煤层瓦斯含量测量的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法，通过数学方法计算每个截面上的瓦斯损失量真实值，并通过数值拟合的手段获取取样过程中煤样瓦斯解吸曲线，从而实现了取样过程中瓦斯损失量的更加准确计算。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法，具体包括以下步骤：

S1：根据需要，确定取样位置和取样深度；

S2：采用取样时所用钻头，以取样钻进时的钻进速度和钻机转速等参数，在取样煤层施钻，收集煤屑并分析煤屑粒度分布，从而获取原始粒度分布；

S3：获得取样管道内各个截面上的温度、压力和粒度分布；

S4：建立不同温度、压力及粒度分布条件下的解吸曲线；

S5：确定各个截面上瓦斯解吸量极值；

S6：计算截面上瓦斯解吸损失量真实值；

S7：数据拟合，确定整个取样过程中瓦斯解吸曲线；

S8：计算取样过程中瓦斯解吸损失量。

进一步，步骤S2中，在获取原始粒度分布时，钻头为取样时所用钻头，施钻位置为取样煤层，施钻参数与取样时施钻参数相同。

进一步，步骤S2中，煤屑粒度分布分析方法可采用筛分法或粒度分析仪分析。

进一步，步骤S3中，通过试验方法或数值模拟方法获得取样管道内各个截面上的温度、压力和粒度分布。

进一步，步骤S4中，所述解吸曲线由试验方法获取，依据截面K₀、K₁、K₂、K₃、……、K_n上的粒度分布以，以及温度压力值建立解吸曲线D₀、D₁、D₂、D₃、……、D_n。

所述的解吸曲线D₀和D₁的坐标原点是t₀；解吸曲线D₂的坐标原点是D₁与t₁的交点，解吸曲线D₃的坐标原点是D₂与t₂的交点；依次类推，解吸曲线D_n的坐标原点是D_n-1与t_n-1的交点。

进一步，步骤S5中，所述各个截面上瓦斯解吸量极值包含极大值和极小值；煤样在反循环管道内由K₀截面运移到K₁截面时，瓦斯损失量极小值Q_1min为解吸曲线D₀与t₁的交点，极大值Q_1max为解吸曲线D₁与t₁的交点；在K₂截面时，瓦斯损失量极小值Q_2min为解吸曲线D₁与t₂的交点，极大值Q_2max为解吸曲线D₂与t₂的交点；依次类推，在K_n截面时，瓦斯损失量极小值Q_nmin为解吸曲线D_n-1与t_n的交点，极大值Q_nmax为解吸曲线D_n与t_n的交点。

进一步，步骤S6中，截面上瓦斯解吸损失量真实值为：Q_n＝1/2(Q_nmin+Q_nmax)。

进一步，步骤S7中，取样过程中瓦斯解吸曲线D通过对各个截面上的瓦斯损失量真实值Q₁、Q₂、Q₃、……、Q_n通过拟合函数拟合所得。

进一步，步骤S7中，拟合函数采用：f(x)＝e^at，通过拟合确定参数a。

进一步，步骤S8中，取样过程中瓦斯解吸损失量计算公示为：

本发明的有益效果在于：本发明通过获取反循环取样管道各个截面上的煤样瓦斯解吸曲线，以及瓦斯损失量极大值和极小值，来计算各截面上的瓦斯损失量准确值，再通过数值拟合的方法获取反循环取样管道煤样瓦斯解吸曲线，最后通过瓦斯损失量解吸曲线来计算取样过程中的瓦斯损失量。本发明实现了变温变压以及变粒径条件下瓦斯损失量补偿计算，使反循环取样过程中瓦斯损失量更加接近真实值，提高了煤层瓦斯含量测量的准确性。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的方法原理图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参阅图1，本发明优选了一种深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法，包括以下步骤：

S1：根据需要，确定取样位置和取样深度。

S2：采用取样时所用钻头，以取样钻进时的钻进速度和钻机转速等参数，在取样煤层施钻，收集煤屑后，分析煤屑粒度分布，从而获取原始粒度分布。

其中，钻头为取样时所用钻头，施钻位置为取样煤层，施钻参数与取样时施钻参数相同；在钻取煤样后，采用粒度分析仪分析煤样，获取原始粒度分布。

S3：通过试验方法或数值模拟方法获得取样管道内各个截面上的温度、压力和粒度分布。

S4：建立不同温度、压力及粒度分布条件下的解吸曲线。

将反循环取样管道按照一定的等分距离划分为K₀、K₁、K₂、K₃、……、K_n。截面K₀上的粒度分布即为原始粒度分布，温度为取样地点的地层温度，压力值由试验或者数值模拟获取，K₁、K₂、K₃、……、K_n截面上的温度由取样地点地层温度递减规律获取，压力值和粒度分布由试验或者数值模拟获取。

在获取各个截面上的温度、压力和粒度分布以后，通过温度、压力和粒度分布条件，由试验获取截面K₀、K₁、K₂、K₃……K_n对应的解吸曲线D₀、D₁、D₂、D₃……D_n。这里需要说明的是，解吸曲线D₀和D₁的坐标原点是t₀。而解吸曲线D₂的坐标原点是D₁与t₁的交点，解吸曲线D₃的坐标原点是D₂与t₂的交点。依次类推，解吸曲线D_n的坐标原点是D_n-1与t_n-1的交点。

S5：确定各个截面上瓦斯解吸量极值。

各个截面上瓦斯解吸量极值包含极大值和极小值。煤样在反循环管道内由K₀截面运移到K₁截面时，瓦斯损失量极小值Q_1min为解吸曲线D₀与t₁的交点，极大值Q_1max为解吸曲线D₁与t₁的交点。在K₂截面时，瓦斯损失量极小值Q_2min为解吸曲线D₁与t₂的交点，极大值Q_2max为解吸曲线D₂与t₂的交点。依次类推，在K_n截面时，瓦斯损失量极小值Q_nmin为解吸曲线D_n-1与t_n的交点，极大值Q_nmax为解吸曲线D_n与t_n的交点。

S6：计算截面上瓦斯解吸损失量真实值。取截面K_n上瓦斯解吸损失量真实值Q_n＝1/2(Q_nmin+Q_nmax)，同样的原理，获取截面K₀、K₁、K₂、K₃……K_n瓦斯解吸损失量真实值Q₁、Q₂、Q₃……Q_n。

S7：数据拟合，确定整个取样过程中瓦斯解吸曲线。采用函数f(x)＝e^at拟合上述各截面上瓦斯损失量真实值Q₁、Q₂、Q₃、……、Q_n得到反循环取样过程中瓦斯解吸曲线和参数a的值。

S8：通过

来计算整个反循环取样过程中的瓦斯损失量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种深孔反循环取样过程中瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：根据需要，确定取样位置和取样深度；

S2：采用取样时所用钻头，以取样钻进时的钻进速度和钻机转速，在取样煤层施钻，收集煤屑并分析煤屑粒度分布，从而获取原始粒度分布；

S3：获得取样管道内各个截面上的温度、压力和粒度分布；

S4：建立不同温度、压力及粒度分布条件下的解吸曲线；

S5：确定各个截面上瓦斯解吸量极值；

S6：计算截面上瓦斯解吸损失量真实值；

S7：数据拟合，确定整个取样过程中瓦斯解吸曲线；

S8：计算取样过程中瓦斯解吸损失量。

2.根据权利要求1所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S2中，在获取原始粒度分布时，钻头为取样时所用钻头，施钻位置为取样煤层，施钻参数与取样时施钻参数相同。

3.根据权利要求1所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S2中，煤屑粒度分布分析方法采用筛分法或粒度分析仪分析。

4.根据权利要求1所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S3中，通过试验方法或数值模拟方法获得取样管道内各个截面上的温度、压力和粒度分布。

5.根据权利要求1所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S4中，所述解吸曲线由试验方法获取，依据截面K₀、K₁、K₂、K₃、……、K_n上的粒度分布，以及温度压力值建立解吸曲线D₀、D₁、D₂、D₃、……、D_n；

所述的解吸曲线D₀和D₁的坐标原点是t₀；解吸曲线D₂的坐标原点是D₁与t₁的交点，解吸曲线D₃的坐标原点是D₂与t₂的交点；依次类推，解吸曲线D_n的坐标原点是D_n-1与t_n-1的交点。

6.根据权利要求5所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S5中，所述各个截面上瓦斯解吸量极值包含极大值和极小值；煤样在反循环管道的K_n-1截面运移到K_n截面时，瓦斯损失量极小值Q_nmin为解吸曲线D_n-1与t_n的交点，极大值Q_nmax为解吸曲线D_n与t_n的交点。

7.根据权利要求6所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S6中，截面上瓦斯解吸损失量真实值为：Q_n＝1/2(Q_nmin+Q_nmax)。

8.根据权利要求7所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S7中，取样过程中瓦斯解吸曲线D通过对各个截面上的瓦斯损失量真实值Q₁、Q₂、Q₃、……、Q_n通过拟合函数拟合所得。

9.根据权利要求8所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S7中，拟合函数采用：f(x)＝e^at，通过拟合确定参数a。

10.根据权利要求9所述的瓦斯损失量补偿模型的构建方法，其特征在于，步骤S8中，取样过程中瓦斯解吸损失量计算公示为：

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