專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦安全開(kāi)采中有關(guān)煤體瓦斯吸附解吸特性分析的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法。
背景技術(shù)：
煤體瓦斯的主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)。瓦斯災(zāi)害一直是影響我國(guó)煤炭企業(yè)安全生產(chǎn)的重大災(zāi)害之一，隨著開(kāi)采深度的增加，這種事故災(zāi)害的危害 性越來(lái)越大，已經(jīng)成為制約我國(guó)煤炭行業(yè)發(fā)展的重要因素。瓦斯在煤巖中的賦存狀態(tài)包括游離狀態(tài)和吸附狀態(tài)兩種，游離瓦斯通常占煤巖賦存瓦斯量的10%至20%，吸附瓦斯則占80%至90%，二者處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。煤體的解吸特性是影響瓦斯涌出的重要因素，煤礦日常工作中需要不斷分析工作面煤體的解吸特性。礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是煤礦井下安全避險(xiǎn)“六大系統(tǒng)”之一，目前全國(guó)基本上所有煤礦均配有監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)煤礦井下瓦斯、一氧化碳濃度、溫度、風(fēng)速等的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控。但是目前的礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)不能對(duì)煤體的瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析。煤體瓦斯解吸特性是地質(zhì)構(gòu)造的產(chǎn)物，可用來(lái)判斷煤層瓦斯含量的高低和煤結(jié)構(gòu)的變化。目前，煤體瓦斯解吸特性一般采用鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1和Λ h2表征，可利用瓦斯解吸儀在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1和Λ h2。實(shí)驗(yàn)室測(cè)定通過(guò)采集新暴露煤樣，通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)模擬研究煤礦井下濕式打鉆的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)變化情況，測(cè)算出解吸指標(biāo)K1和Λ h2?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)定是在打鉆過(guò)程中，通過(guò)瓦斯解吸儀測(cè)定解吸指標(biāo)K1和Λ h2。這些傳統(tǒng)的瓦斯解吸特性測(cè)定方法主要為接觸式，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，不能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分析煤體的瓦斯解吸特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)γ后w瓦斯解吸特性進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)試分析的測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法，包括如下步驟①構(gòu)建礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，在煤巷的掘進(jìn)巷道的距離掘進(jìn)工作面處的小于等于5m的部位設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第一甲烷傳感器，在距離掘進(jìn)巷道的進(jìn)出口處的10至15m處設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第二甲烷傳感器，在位于與掘進(jìn)巷道相鄰的巷道中設(shè)置局部通風(fēng)機(jī)，且該局部通風(fēng)機(jī)的外接風(fēng)筒的出風(fēng)口位于靠近掘進(jìn)工作面的部位，該局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口則設(shè)置在局部通風(fēng)機(jī)上，并且在局部通風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口所朝方向的3至5m處設(shè)置第三甲烷傳感器。在掘進(jìn)巷道中且距離掘進(jìn)巷道的出口的18至22m處設(shè)置一個(gè)風(fēng)速傳感器。②從礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取掘進(jìn)巷道中的第一甲烷傳感器和風(fēng)速傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并以所得數(shù)據(jù)作為掘進(jìn)工作面的混合風(fēng)流的實(shí)時(shí)甲烷濃度數(shù)據(jù)C以及實(shí)時(shí)風(fēng)速大小數(shù)據(jù)V，即時(shí)間為t時(shí)，對(duì)應(yīng)的甲烷濃度數(shù)據(jù)為ct、實(shí)時(shí)風(fēng)速大小數(shù)據(jù)Vt。
③通過(guò)查閱煤礦的掘進(jìn)工作面的設(shè)計(jì)資料或通過(guò)測(cè)量的方法獲得掘進(jìn)巷道設(shè)計(jì)的掘進(jìn)工作面的斷面面積S1和風(fēng)筒的出風(fēng)口的橫截面面積s2。④根據(jù)步驟②和③獲得的數(shù)據(jù)，利用如下公式計(jì)算掘進(jìn)工作面在正常開(kāi)采過(guò)程中每間隔I分鐘所對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)瓦斯涌出量Qt Qt=Ct · Vt(SrS2)，其中 t 為對(duì)應(yīng)時(shí)間。⑤計(jì)算掘進(jìn)工作面的煤體瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)η。在煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中，煤體瓦斯涌出量的大小是隨著時(shí)間推移不斷波動(dòng)的，在掘進(jìn)工作面落煤開(kāi)始時(shí)達(dá)到峰值。將煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中的每個(gè)瓦斯涌出量峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t作為時(shí)間起點(diǎn)t’ =0，對(duì)煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中的每個(gè)瓦斯涌出量峰值后的20至30min內(nèi)一段時(shí)間每間隔I至3分鐘計(jì)算所對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的瓦斯涌出累計(jì)量Q’(t’)，在煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯涌出累計(jì)量Q’可采用公式Q’n來(lái)描述，以t’為橫坐標(biāo)，瓦斯涌出累計(jì)量Q’為縱坐標(biāo)，作出瓦斯涌出累計(jì)量曲線，利用Matlab中的lsqcurvefit函數(shù)對(duì)每個(gè)瓦斯涌出累計(jì)量曲線進(jìn)行擬合，即可得到公式Q’n中指數(shù)η的大小，作為表征相應(yīng)的一個(gè)瓦斯涌出量峰值所對(duì)應(yīng)的表征煤體瓦斯解吸特性的實(shí)時(shí)指標(biāo)η，對(duì)煤礦巷道的掘進(jìn)工作面實(shí)時(shí)連續(xù)計(jì)算其正常開(kāi)采過(guò)程中的每個(gè)瓦斯涌出量峰值的煤體瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)η。步驟⑤中，瓦斯涌出累計(jì)量Q’n的推導(dǎo)過(guò)程是煤的瓦斯解吸速度可用冪關(guān)系式進(jìn)行描述，其中vt，指解吸時(shí)間為t’時(shí)煤的瓦斯解吸速度。V1指解吸時(shí)間為Imin時(shí)煤的瓦斯解吸速度，即解吸初速度。kt，指衰減系數(shù)?，F(xiàn)對(duì)上述冪關(guān)系式J7#| = Vt 的兩邊對(duì)t’積分
tIζ Vt, -dt1= ^V1 ·/^ · dt%Qf (t1) ^Qj (O) =. i + C
I — Iif r-上述表達(dá)式中，Qj (t')指時(shí)間為t’時(shí)煤的瓦斯解吸累計(jì)量。Qj(O)指時(shí)間為O時(shí)煤的瓦斯解吸量,大小為0，因此上述表達(dá)式可表達(dá)為
V ,Qj (^1) =----'t' +C
I —kt,=由于Qj (O) =0，代入上述表達(dá)式，則得到C=0，則得到
_9]
I' Kyε令nFAVd-kt，)，n=l_kt，，則上式可寫(xiě)成Qj(t’)=m · t' n。在煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中，掘進(jìn)工作面的落煤量是基本不變的，在落煤開(kāi)始的瞬間，掘進(jìn)工作面的瓦斯涌出量達(dá)到極大值，之后隨著落煤過(guò)程中風(fēng)流的稀釋?zhuān)咚褂砍隽恐饾u變小。由于掘進(jìn)工作面落煤的過(guò)程相當(dāng)于煤體解吸的過(guò)程，因此落煤過(guò)程的瓦斯涌出累計(jì)量與煤體解吸過(guò)程中瓦斯解吸累計(jì)量可互為彼此的相對(duì)指標(biāo)，則瓦斯涌出累計(jì)量Q’也可以用上述推導(dǎo)得到的關(guān)系式來(lái)進(jìn)行描述Q’(t’)=m · t' n。步驟①中，風(fēng)速傳感器前后IOm內(nèi)應(yīng)無(wú)分支風(fēng)流、無(wú)拐彎、無(wú)障礙、斷面無(wú)變化。第三甲烷傳感器用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)其所在位置的氣流中所含甲烷的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流所含甲烷的數(shù)據(jù)。本發(fā)明具有積極的效果(I)本發(fā)明的測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法與傳統(tǒng)的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)預(yù)測(cè)法相比具有明顯的先進(jìn)性，本方法基于現(xiàn)有礦井監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，省時(shí)省力，一方面降低了掘進(jìn)工作面突出預(yù)測(cè)的勞動(dòng)強(qiáng)度；另一方面能夠?qū)γ后w瓦斯解吸特性進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試分析，達(dá)到了非接觸式動(dòng)態(tài)分析的目的，是一種十分理想的煤體瓦斯解吸特 性測(cè)試方法。并且通過(guò)將本發(fā)明得到的瓦斯解吸特性的實(shí)時(shí)指標(biāo)η和傳統(tǒng)的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1以及Ah2進(jìn)行對(duì)比分析，可以后續(xù)得出η的突出危險(xiǎn)臨界值，從而為掘進(jìn)工作面的煤與瓦斯突出預(yù)測(cè)提供依據(jù)。(2)本發(fā)明的測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法不受人工操作等人為因素的影響，不影響生產(chǎn)，可大幅度降低瓦斯解吸分析費(fèi)用；基礎(chǔ)信息完全來(lái)源于現(xiàn)有監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，在地面上就能夠?qū)崿F(xiàn)煤體瓦斯解吸特性的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)試；同時(shí)還可以判斷煤層瓦斯含量的高低和煤結(jié)構(gòu)的變化。


圖I為煤礦中串聯(lián)通風(fēng)的掘進(jìn)工作面的礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)置示意圖；圖2為實(shí)施例I中煤礦在某年某月7日從5點(diǎn)12分到次日5點(diǎn)10分這段時(shí)間內(nèi)的正常開(kāi)采過(guò)程中掘進(jìn)工作面的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速曲線；圖3為實(shí)施例I中煤礦的掘進(jìn)工作面在某年某月7日從5點(diǎn)12分到次日5點(diǎn)10分這段時(shí)間內(nèi)的瓦斯涌出曲線；圖4為對(duì)圖3的瓦斯涌出曲線的從第194min到220min之間的26min內(nèi)的瓦斯涌出量進(jìn)行累計(jì)所得到的曲線；圖5為實(shí)施例I中的煤礦在某年某月7日到21日之間的15天的正常開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)η的變化曲線以及用于對(duì)照的傳統(tǒng)的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)Kl的變化曲線。上述附圖中的標(biāo)記如下掘進(jìn)巷道B，掘進(jìn)工作面81，進(jìn)出口82，巷道八，第一甲烷傳感器T1，第二甲烷傳感器T2，第三甲烷傳感器T3,風(fēng)速傳感器S，局部通風(fēng)機(jī)F，進(jìn)風(fēng)口 F1，出風(fēng)口 F2，掘進(jìn)巷道設(shè)計(jì)的斷面面積S1，風(fēng)筒橫截面面積S2。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例I)本實(shí)施例針對(duì)吉林通化某煤礦的某一掘進(jìn)工作面進(jìn)行煤體瓦斯解吸特性的測(cè)定，本實(shí)施例的測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法包括如下幾個(gè)步驟①構(gòu)建礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)。見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的掘進(jìn)工作面BI屬于串聯(lián)通風(fēng)煤巷的掘進(jìn)巷道B的工作面，按照《煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)儀器使用管理規(guī)范》的6. 4節(jié)的的6. 4. I中的煤巷、半煤巖和有瓦斯涌出巖巷的掘進(jìn)工作面甲烷傳感器的設(shè)計(jì)規(guī)定的要求，在煤巷的掘進(jìn)巷道B的距離掘進(jìn)工作面BI處的小于等于5m的部位設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第一甲烷傳感器T1，在距離掘進(jìn)巷道B的進(jìn)出口 B2處的10至15m處設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第二甲烷傳感器T2，由于采用串聯(lián)通風(fēng)的掘進(jìn)工作面，還在位于與掘進(jìn)巷道B相鄰的巷道A中設(shè)置被串工作面局部通風(fēng)機(jī)F，且該局部通風(fēng)機(jī)F的外接風(fēng)筒的出風(fēng)口 F2位于靠近掘進(jìn)工作面BI的部位，該局部通風(fēng)機(jī)F的進(jìn)風(fēng)口 Fl則設(shè)置在局部通風(fēng)機(jī)F上，并且在局部通風(fēng)機(jī)F的進(jìn)風(fēng)口 Fl所朝方向的3至5m處設(shè)置第三甲烷傳感器T3，第三甲烷傳感器T3用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)其所在位置的氣流中所含甲烷的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流所含甲烷的數(shù)據(jù)。甲烷傳感器TpT2J3應(yīng)垂直懸掛，距頂板不得大于O. 3m，距巷壁不得小于O. 2m。混合風(fēng)流處的甲烷傳感器應(yīng)有防止爆破沖擊的防護(hù)設(shè)施。仍見(jiàn)圖I，本實(shí)施例中，礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)還在距離煤礦的掘進(jìn)巷道B的出口B2的20m處增加設(shè)置一個(gè)風(fēng)速傳感器S，風(fēng)速傳感器S前后IOm內(nèi)應(yīng)無(wú)分支風(fēng)流、無(wú)拐彎、 無(wú)障礙、斷面無(wú)變化。②從礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取掘進(jìn)巷道B中的第一甲烷傳感器T1和風(fēng)速傳感器S的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并以所得數(shù)據(jù)作為掘進(jìn)工作面BI的混合風(fēng)流的實(shí)時(shí)甲烷濃度數(shù)據(jù)C以及實(shí)時(shí)風(fēng)速大小數(shù)據(jù)V，即時(shí)間為t時(shí)，對(duì)應(yīng)的甲烷濃度數(shù)據(jù)為Ct、實(shí)時(shí)風(fēng)速大小數(shù)據(jù)Vt。本實(shí)施例中，對(duì)掘進(jìn)工作面BI在某年某月7日從5點(diǎn)12分到次日5點(diǎn)10分這段時(shí)間內(nèi)采集該掘進(jìn)面BI的每分鐘的甲烷濃度Ct和風(fēng)速大小Vt的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，其中t為對(duì)應(yīng)時(shí)間，共1438組數(shù)據(jù)，如圖2所示，以7日5點(diǎn)12分作為時(shí)間零點(diǎn)，根據(jù)上述實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制該掘進(jìn)工作面BI的瓦斯?jié)舛群惋L(fēng)速曲線，由圖可見(jiàn)，在150min時(shí)，甲烷濃度C15tl的大小為O. 49% (氣體百分比濃度)，實(shí)時(shí)風(fēng)速V15tl的大小為2. 09m/s ;在900min時(shí)，甲烷濃度C900的大小為O. 54%，實(shí)時(shí)風(fēng)速V900的大小為2. 15m/s。③見(jiàn)圖1，通過(guò)查閱煤礦的掘進(jìn)工作面BI的設(shè)計(jì)資料或通過(guò)測(cè)量的方法獲得掘進(jìn)巷道設(shè)計(jì)的掘進(jìn)工作面BI的斷面面積S1和風(fēng)筒的出風(fēng)口 F2的橫截面面積S2,單位均為m2。本實(shí)施例中，該煤礦的掘進(jìn)巷道B的掘進(jìn)工作面BI的設(shè)計(jì)的斷面面積S1為12. 2m2，風(fēng)筒的出風(fēng)口 F2的直徑為500mm，風(fēng)筒的出風(fēng)口 F2的橫截面面積S2為O. 2m2。④根據(jù)步驟②和③獲得的數(shù)據(jù)，利用如下公式計(jì)算掘進(jìn)工作面BI在上述時(shí)間段內(nèi)每間隔I分鐘所對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)瓦斯涌出量Qt，單位為m3/min,本實(shí)施例中共得到1438個(gè)數(shù)據(jù)Qt=Ct · Vt (S1-S2)，其中t為對(duì)應(yīng)時(shí)間。例如，在時(shí)間150min時(shí)，通過(guò)步驟②得到的C15tl的大小為O. 49%，V150的大小為2. 09m/s,從而通過(guò)公式計(jì)算150min時(shí)的瓦斯涌出量Q15tl,單位為m3/min ；Q150=C150 · V150(S1-S2) =0. 49% X 2. 09 X (12. 2-0. 2)=0. 123m3/s=7. 37m3/min ；又如在時(shí)間900min時(shí)，通過(guò)步驟②得到的C9tltl的大小為O. 54%，V900的大小為
2.15m/s,從而通過(guò)公式計(jì)算900min時(shí)的瓦斯涌出量Q9tltl Q900=C900 · V900 (S1-S2) =0. 54% X 2. 15 X (12. 2-0. 2) =0. 139m3/s=8. 34m3/min ；按照上述方法可計(jì)算掘進(jìn)工作面BI在上述相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)每分鐘的對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)瓦斯涌出量，然后根據(jù)計(jì)算出來(lái)的實(shí)時(shí)瓦斯涌出量Qt的大小及其所對(duì)應(yīng)的時(shí)間值繪制得到掘進(jìn)工作面BI在該時(shí)間段內(nèi)的瓦斯涌出曲線，如圖3所示。⑤計(jì)算掘進(jìn)工作面BI的煤體瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)η。前人圍繞煤體瓦斯解吸特性也做了大量研究，研究結(jié)果表明煤的瓦斯解吸速度可
用冪關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法，其特征在于，包括如下步驟 ①構(gòu)建礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)，在煤巷的掘進(jìn)巷道(B)的距離掘進(jìn)工作面(BI)處的小于等于5m的部位設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第一甲烷傳感器(T1),在距離掘進(jìn)巷道(B)的進(jìn)出口(B2)處的10至15m處設(shè)置位于混合風(fēng)流中的第二甲烷傳感器(T2),在位于與掘進(jìn)巷道(B)相鄰的巷道(A)中設(shè)置局部通風(fēng)機(jī)(F)，且該局部通風(fēng)機(jī)(F)的外接風(fēng)筒的出風(fēng)口(F2)位于靠近掘進(jìn)工作面(BI)的部位，該局部通風(fēng)機(jī)(F)的進(jìn)風(fēng)口(Fl)則設(shè)置在局部通風(fēng)機(jī)(F)上，并且在局部通風(fēng)機(jī)(F)的進(jìn)風(fēng)口(Fl)所朝方向的3至5m處設(shè)置第三甲烷傳感器(T3);在掘進(jìn)巷道(B)中且距離掘進(jìn)巷道(B)的出口(B2)的18至22m處設(shè)置一個(gè)風(fēng)速傳感器(S); ②從礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取掘進(jìn)巷道(B)中的第一甲烷傳感器(Tl)和風(fēng)速傳感器(S)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并以所得數(shù)據(jù)作為掘進(jìn)工作面(BI)的混合風(fēng)流的實(shí)時(shí)甲烷濃度數(shù)據(jù)C以及實(shí)時(shí)風(fēng)速大小數(shù)據(jù)V，即時(shí)間為t時(shí)，對(duì)應(yīng)的甲烷濃度數(shù)據(jù)為Ct、實(shí)時(shí)風(fēng)速大小數(shù)據(jù)Vt ； ③通過(guò)查閱煤礦的掘進(jìn)工作面(BI)的設(shè)計(jì)資料或通過(guò)測(cè)量的方法獲得掘進(jìn)巷道設(shè)計(jì)的掘進(jìn)工作面(BI)的斷面面積S1和風(fēng)筒的出風(fēng)口(F2)的橫截面面積S2 ； ④根據(jù)步驟②和③獲得的數(shù)據(jù)，利用如下公式計(jì)算掘進(jìn)工作面(BI)在正常開(kāi)采過(guò)程中每間隔I分鐘所對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)瓦斯涌出量Qt Qt=Ct · Vt(S「S2)，其中t為對(duì)應(yīng)時(shí)間； ⑤計(jì)算掘進(jìn)工作面(BI)的煤體瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)η； 在煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中，煤體瓦斯涌出量的大小是隨著時(shí)間推移不斷波動(dòng)的，在掘進(jìn)工作面(BI)落煤開(kāi)始時(shí)達(dá)到峰值；將煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中的每個(gè)瓦斯涌出量峰值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間t作為時(shí)間起點(diǎn)t’=0，對(duì)煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中的每個(gè)瓦斯涌出量峰值后的20至30min內(nèi)一段時(shí)間每間隔I至3分鐘計(jì)算所對(duì)應(yīng)時(shí)間點(diǎn)的瓦斯涌出累計(jì)量Q’(t’)，在煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯涌出累計(jì)量Q’可采用公式Q’n來(lái)描述，以t’為橫坐標(biāo)，瓦斯涌出累計(jì)量Q’為縱坐標(biāo)，作出瓦斯涌出累計(jì)量曲線，利用Matlab中的Isqcurvefit函數(shù)對(duì)每個(gè)瓦斯涌出累計(jì)量曲線進(jìn)行擬合，即可得到公式Q’n中指數(shù)η的大小，作為表征相應(yīng)的一個(gè)瓦斯涌出量峰值所對(duì)應(yīng)的表征煤體瓦斯解吸特性的實(shí)時(shí)指標(biāo)η，對(duì)煤礦巷道的掘進(jìn)工作面(BI)實(shí)時(shí)連續(xù)計(jì)算其正常開(kāi)采過(guò)程中的每個(gè)瓦斯涌出量峰值的煤體瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)η。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法，其特征在于步驟⑤中，瓦斯涌出累計(jì)量Q’t' n的推導(dǎo)過(guò)程是煤的瓦斯解吸速度可用冪關(guān)系式Vt, =進(jìn)行描述，其中Vt，指解吸時(shí)間為t’時(shí)煤的瓦斯解吸速度；Vi指解吸時(shí)間為Imin時(shí)煤的瓦斯解吸速度，即解吸初速度；kt，指衰減系數(shù)；現(xiàn)對(duì)上述冪關(guān)系式Vt, = 一!的兩邊對(duì)t’積分 ￡>,· — ’= · -—^ -di\Qj W Qj (O) =· t 矣,+ C Jjf^gg ψ· t 上述表達(dá)式中，Q^t’)指時(shí)間為t’時(shí)煤的瓦斯解吸累計(jì)量；(^_(0)指時(shí)間為O時(shí)煤的瓦斯解吸量，大小為O，因此上述表達(dá)式可表達(dá)為'W'Jr' O (tf)=——·t’*—kt. + C 'I —kf,^ 由于Qj(O)=O,代入上述表達(dá)式，則得到C=0，則得到 O (^ f ψ1~~^ I jIfκ Jt9令 IIi=V1/ (l_kt，), n=l-kt，，則上式可寫(xiě)成Qj(t’) =m · t; n ； 在煤礦正常開(kāi)采過(guò)程中，掘進(jìn)工作面(BI)的落煤量是基本不變的，在落煤開(kāi)始的瞬間，掘進(jìn)工作面(BI)的瓦斯涌出量達(dá)到極大值，之后隨著落煤過(guò)程中風(fēng)流的稀釋?zhuān)咚褂砍隽恐饾u變?。挥捎诰蜻M(jìn)工作面(BI)落煤的過(guò)程相當(dāng)于煤體解吸的過(guò)程，因此落煤過(guò)程的瓦斯涌出累計(jì)量與煤體解吸過(guò)程中瓦斯解吸累計(jì)量可互為彼此的相對(duì)指標(biāo)，則瓦斯涌出累計(jì)量Q’也可以用上述推導(dǎo)得到的關(guān)系式來(lái)進(jìn)行描述Q’n。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法，其特征在于步驟①中，風(fēng)速傳感器(S)前后IOm內(nèi)應(yīng)無(wú)分支風(fēng)流、無(wú)拐彎、無(wú)障礙、斷面無(wú)變化； 第三甲烷傳感器(T3)用于檢測(cè)經(jīng)過(guò)其所在位置的氣流中所含甲烷的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)作為掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)流所含甲烷的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種測(cè)試煤體瓦斯解吸特性的方法，包括如下步驟首先在現(xiàn)有礦井安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上在距離煤礦的掘進(jìn)巷道的出口20m處設(shè)置一個(gè)風(fēng)速傳感器；然后從上述系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中獲取掘進(jìn)工作面的混合風(fēng)流的實(shí)時(shí)甲烷濃度以及實(shí)時(shí)風(fēng)速；再通過(guò)查閱或測(cè)量的方法獲得掘進(jìn)工作面的斷面面積和風(fēng)筒出風(fēng)口的橫截面面積；然后根據(jù)上述數(shù)據(jù)計(jì)算在正常開(kāi)采過(guò)程中每分鐘所對(duì)應(yīng)的實(shí)時(shí)瓦斯涌出量；最后選取每個(gè)瓦斯涌出量峰值后的20至30min內(nèi)一段時(shí)間的瓦斯涌出累計(jì)量作出瓦斯涌出累計(jì)量曲線，對(duì)每個(gè)瓦斯涌出累計(jì)量曲線進(jìn)行擬合，得到瓦斯涌出累計(jì)量Q'(t')=m·t′n中指數(shù)n的大小，作為表征相應(yīng)的一個(gè)瓦斯涌出量峰值所對(duì)應(yīng)的表征煤體瓦斯解吸特性實(shí)時(shí)指標(biāo)。
文檔編號(hào)G01N33/22GK102944664SQ20121050619
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者劉水文, 屈世甲, 李繼來(lái), 呂鵬飛, 王芳 申請(qǐng)人:天地(常州)自動(dòng)化股份有限公司, 中煤科工集團(tuán)常州自動(dòng)化研究院