一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法及系统，包括以下步骤：钻孔施工到目标煤层后，进行退钻并将密闭取芯装置送入钻孔孔底；利用密闭取芯装置对目标煤层进行取样，得到相应的煤样，并对钻孔进行封孔；对煤样进行工业分析和压汞实验，得到煤样的各参数信息；待瓦斯压力稳定后，井下读取目标煤层的瓦斯压力值；根据煤样的各参数信息和目标煤层的瓦斯压力值估算出目标煤层的瓦斯含量。本发明专利技术用于解决现有的煤层瓦斯含量预测方法，存在手工计算繁琐麻烦、误差大、易出错、工作效率低等的技术问题，从而达到迅速且准确地对煤层瓦斯含量进行估算的目的。瓦斯含量进行估算的目的。瓦斯含量进行估算的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法及系统


[0001]本专利技术涉及煤层瓦斯含量估算
，具体涉及一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法及系统。

技术介绍

[0002]目前随着煤矿开采深度的增加，煤层瓦斯灾害事故是影响煤矿安全生产的主要灾害之一。煤矿开采时煤与瓦斯突出一般是由瓦斯、地应力和煤的物理力学性质等诸多因素共同作用的结果，但瓦斯也是一种洁净的能源。瓦斯既参与煤体破碎，又是抛出煤体的主要动力，我们常常把瓦斯含量作为瓦斯突出的主要指标之一，因此煤层原始瓦斯含量的获取是瓦斯防治措施的基础。瓦斯含量估算值的准确性不但决定矿井瓦斯危险性预测的准确性，而且还将影响以此为依据而制定的矿井瓦斯防治措施的有效性和经济性。
[0003]煤层的瓦斯含量是指在自然条件下煤层单位质量或单位体积中所含的瓦斯含量，主要包括吸附瓦斯含量和游离瓦斯含量。其估值的准确性对于煤层瓦斯储量计算、涌出量预测、地质评价、瓦斯综合治理及瓦斯的综合利用都具有重要意义。
[0004]传统获取煤层瓦斯含量的方法主要是现场测试，但是现场测试往往存在成本高、精度差等问题，并且只能用于做定性预测，另外，现场测试还不能充分利用矿井积累的各种瓦斯参数，导致资源浪费。
[0005]若要对煤层瓦斯含量进行定量预测，则是利用公式法间接手工估算煤层瓦斯含量，由于此项工作运算量巨大且较为繁琐，因此手工估算过程中存在易出现差错以及运算精度和工作效率不高等的问题。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法及系统，用于解决现有的煤层瓦斯含量预测方法，存在手工计算繁琐麻烦、误差大、易出错、工作效率低等的技术问题，从而达到迅速且准确地对煤层瓦斯含量进行估算的目的。
[0007]为解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0008]一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法，包括以下步骤：
[0009]钻孔施工到目标煤层后，进行退钻并将密闭取芯装置送入钻孔孔底；
[0010]利用所述密闭取芯装置对所述目标煤层进行取样，得到相应的煤样，并对钻孔进行封孔；
[0011]对所述煤样进行工业分析和压汞实验，得到所述煤样的各参数信息；
[0012]待瓦斯压力稳定后，井下读取所述目标煤层的瓦斯压力值；
[0013]根据所述煤样的各参数信息和所述目标煤层的瓦斯压力值估算出所述目标煤层的瓦斯含量。
[0014]作为本专利技术优选的实施方式，在得到所述煤样的各参数时，包括：
[0015]对所述煤样进行工业分析，得到所述煤样的极限瓦斯吸附量、吸附常数、灰分、水
分、挥发份；
[0016]对所述煤样进行压汞实验，测定得到所述煤样的孔隙率。
[0017]作为本专利技术优选的实施方式，在得到所述煤样的水分时，包括：
[0018]取1
±
0.1g的所述煤样放入鼓风干燥箱内，升温至100℃
‑
120℃干燥1
‑
2h，取出干燥好的煤样进行重新称重，并得到所述煤样的损失重量，所述损失重量即为所述煤样的水分。
[0019]作为本专利技术优选的实施方式，在得到所述煤样的灰分和挥发份时，包括：
[0020]取1
±
0.1g的所述煤样放入鼓风干燥箱内，升温至450℃
‑
550℃加热1
‑
1.5h，继续升温至810
‑
820℃加热1
‑
1.5h，取出加热好的煤样进行重新称重，并得到所述煤样的损失重量，即为所述煤样的灰分；
[0021]对所述煤样进行干燥后，取1
±
0.1g的干燥煤样放入真空干燥箱内，升温至870
‑
920℃加热5
‑
8min，取出加热好的干燥煤样进行重新称重，并得到所述干燥煤样的损失重量，即为所述煤样的挥发份。
[0022]作为本专利技术优选的实施方式，在得到所述煤样的吸附常数时，包括：
[0023]进行高压状态下所述煤样对甲烷的吸附实验，得到若干组压力和吸附量的实验数据；
[0024]根据所述实验数据，建立所述煤样的压力
‑
吸附量方程，具体如公式1所示：
[0025][0026]式中，q
i
为瓦斯压力，Mpa；W
i
为q
i
压力下的所述煤样对甲烷的吸附量，cm3/g；s为第一吸附常数，当q
→
∞时，W
i
＝s，为可燃质饱和吸附量，cm3/g；b为第二吸附常数，Mpa
‑1；i＝1,2,3
…
m。
[0027]作为本专利技术优选的实施方式，在得到所述煤样的吸附常数时，还包括：
[0028]对所述压力
‑
吸附量方程进行变换后，得到压力
‑
吸附量直线方程，具体如公式2所示：
[0029][0030]利用最小二乘法对所述压力
‑
吸附量直线方程进行求解，得到s、b值，具体如公式3和公式4所示：
[0031][0032][0033]其中，所述压力
‑
吸附量直线方程的截距为1/sb，斜率为1/s。
[0034]作为本专利技术优选的实施方式，在估算出所述目标煤层的瓦斯含量时，包括：
[0035]根据所述目标煤层的瓦斯压力值，获得对所述目标煤层的瓦斯含量进行估算时所需的经验系数，具体如公式5所示：
[0036][0037]式中，n为经验系数，P为所述目标煤层的瓦斯压力值。
[0038]作为本专利技术优选的实施方式，在估算出所述目标煤层的瓦斯含量时，还包括：
[0039]根据所述煤样的水分和挥发份，获得对所述目标煤层的瓦斯含量进行估算时所需的瓦斯的压缩系数，具体如公式6所示：
[0040][0041]式中，k为瓦斯的压缩系数，V
daf
为所述煤样的挥发份，M
ad
为所述煤样的水分。
[0042]作为本专利技术优选的实施方式，在得到所述经验系数和所述瓦斯的压缩系数后，包括：
[0043]基于所述经验系数和所述瓦斯的压缩系数，建立一数学模型，并利用所述数学模型估算出所述目标煤层的瓦斯含量，具体如公式7所示：
[0044][0045]式中，W
总
为目标煤层的瓦斯含量，m3/t；P为目标煤层的瓦斯压力值，Mpa；a为所述煤样的极限瓦斯吸附量；b为所述煤样的第二吸附常数，Mpa
‑1；A
ad
为所述煤样的灰分，％；M
ad
为所述煤样的水分，％；V
daf
为所述煤样的挥发份，％；t
s
为所述煤样的吸附实验温度，℃；t为井下煤层温度，℃；n为经验系数；F为所述煤样的孔隙率，m3/m3；k为瓦斯的压缩系数。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：钻孔施工到目标煤层后，进行退钻并将密闭取芯装置送入钻孔孔底；利用所述密闭取芯装置对所述目标煤层进行取样，得到相应的煤样，并对钻孔进行封孔；对所述煤样进行工业分析和压汞实验，得到所述煤样的各参数信息；待瓦斯压力稳定后，井下读取所述目标煤层的瓦斯压力值；根据所述煤样的各参数信息和所述目标煤层的瓦斯压力值估算出所述目标煤层的瓦斯含量。2.根据权利要求1所述的基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，在得到所述煤样的各参数时，包括：对所述煤样进行工业分析，得到所述煤样的极限瓦斯吸附量、吸附常数、灰分、水分、挥发份；对所述煤样进行压汞实验，测定得到所述煤样的孔隙率。3.根据权利要求2所述的基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，在得到所述煤样的水分时，包括：取1
±
0.1g的所述煤样放入鼓风干燥箱内，升温至100℃
‑
120℃干燥1
‑
2h，取出干燥好的煤样进行重新称重，并得到所述煤样的损失重量，所述损失重量即为所述煤样的水分。4.根据权利要求2所述的基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，在得到所述煤样的灰分和挥发份时，包括：取1
±
0.1g的所述煤样放入鼓风干燥箱内，升温至450℃
‑
550℃加热1
‑
1.5h，继续升温至810
‑
820℃加热1
‑
1.5h，取出加热好的煤样进行重新称重，并得到所述煤样的损失重量，即为所述煤样的灰分；对所述煤样进行干燥后，取1
±
0.1g的干燥煤样放入真空干燥箱内，升温至870
‑
920℃加热5
‑
8min，取出加热好的干燥煤样进行重新称重，并得到所述干燥煤样的损失重量，即为所述煤样的挥发份。5.根据权利要求2所述的基于大数据快速估算煤层瓦斯含量的方法，其特征在于，在得到所述煤样的吸附常数时，包括：进行高压状态下所述煤样对甲烷的吸附实验，得到若干组压力和吸附量的实验数据；根据所述实验数据，建立所述煤样的压力
‑
吸附量方程，具体如公式1所示：式中，q
i
为瓦斯压力，Mpa；W
i
为q
i
压力下的所述煤样对甲烷的吸附量，cm3/g；s为第一吸附常数，当q
→
∞时，W
i
＝s，为可燃质饱和吸附量，cm3/g；b为第二吸附常数，Mpa
‑1；i＝1,2,3
…<...

【专利技术属性】
技术研发人员：范磊，郎玉泉，罗忠琴，
申请(专利权)人：中国煤炭地质总局地球物理勘探研究院，
类型：发明
国别省市：