煤层瓦斯含量井下一站式自动化精准测定方法

摘要

煤层瓦斯含量是预测煤与瓦斯突出危险性和评价矿井瓦斯储量的基础参数。针对现有测定方法需要井上和井下分阶段测量、测定周期长的不足,提出了煤层瓦斯含量井下一站式自动化测定新方法,介绍了煤样井下直接破碎系统、瓦斯解吸量自动化计量系统和数据自动采集处理系统等关键单元构成及主要技术指标。其次,针对现有测定方法中损失瓦斯量估算误差大的难题,考虑煤孔隙结构的非均匀性建立了瓦斯分数阶扩散模型,以此准确推算煤样暴露过程的损失瓦斯量;搭建了模拟井下煤层瓦斯含量测定流程的误差分析系统,通过设定不同吸附平衡压力来改变瓦斯含量,设定不同暴露时间来改变损失瓦斯量,并通过与传统模型对比来验证分数阶模型的准确性。实验表明,分数阶模型推算损失瓦斯量的误差在10%以内,测定瓦斯含量的误差在5%以内,而传统t模型和幂函数模型测定瓦斯含量的误差达到20%以上。最后,基于煤层瓦斯含量井下一站式自动化测定方法,研发了CWH12型煤层瓦斯含量测定仪,在淮南矿区朱集东矿和潘三矿进行了现场应用,并使用煤矿原有瓦斯含量测定设备对同一地点、同一深度的煤样进行了测定比较。现场试验表明,CWH12型煤层瓦斯含量测定仪比原有设备的测定值平均提高了13.5%,测量时间缩短至1.5 h以内,实现了煤层瓦斯含量的快速精准测定。