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专利号: 2017100147298
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤矿井下快速测定煤层瓦斯参数的装置,其特征在于:测定装置有一个煤样罐和瓦斯参数快速测定仪,煤样罐通过导气管与瓦斯参数快速测定仪的进气口接通,进气口与流量计的一端相接,流量计的另一端通过软管与出气口相接,同时通过导线与单片机相连;单片机设有数据存储装置,用于数据库以及解吸数据的存储;显示器安装在单片机上侧,单片机另连接有本安控制电路,本安控制电路另与锂电池电源相连,由锂电池进行供电;瓦斯参数快速测定仪外壳另设有USB接口,充电接口和按键。

2.一种煤矿井下快速测定煤层瓦斯参数的方法,其特征是:所述的测定方法是:实验室进行解吸曲线与瓦斯参数对应关系的测定,并进行整理汇总成数据库;然后利用瓦斯快速测定仪进行现场采集钻屑解吸数据,与建立的数据库进行对比,匹配出最接近的解吸曲线,获得该曲线所对应的瓦斯含量参数。

3.根据权利要求2所述的煤矿井下快速测定煤层瓦斯参数的方法,其特征是:具体步骤如下:(1)实验室数据库的制备与建立

取新鲜煤样密封保存后送至实验室,进行煤的视密度和孔隙率的测定,同时按照规定粉碎煤样并筛取粒径为1-3mm的煤样装至煤样罐,然后进行20℃下的等温吸附实验,然后分别在15℃、20℃和25℃环境温度下进行等温解吸实验,将多组煤样的解吸数据进行汇总,分别获取三种温度的解吸规律,并进行温度校正,求解出解吸曲线和瓦斯参数对应的关系,最终建立以20℃、1~3mm粒径的新鲜煤样为条件的数据库,数据库设置15条解吸曲线及其对应的瓦斯含量参数,满足现场测定瓦斯参数的范围;

(2)煤层瓦斯参数的现场测定

测定前,应确保瓦斯参数快速测定仪能够正常使用并检查导气管的密封性,钻取工作面测定地点的煤样,在见煤时,立刻按下瓦斯参数快速测定仪的按键进行暴露时间的测定,同时迅速筛取粒径1-3mm的煤样500g左右装入煤样罐;当煤样罐密封严实后,迅速按下装罐结束按键,并开始瓦斯解吸量的测定;

测定结束后,记录井下的环境温度并进行煤样的称重,在瓦斯参数快速测定仪上键入环境温度与煤样重量值,与建立的数据库进行对比,匹配出最接近的解吸曲线,获得该曲线所对应的瓦斯含量参数;

针对解吸数据与数据库曲线的最佳曲线的选择,采用最小二乘法,即利用解吸数据的开始点、结束点以及时间的中间点,三个点对应的解吸量与数据库曲线对应时间点的解吸量逐一进行对比,选出误差的平方和最小的一个曲线,即为最佳曲线,其对应的瓦斯参数就是测定结果。

4.根据权利要求2所述的煤矿井下快速测定煤层瓦斯参数的方法,其特征是:解吸量与数据库曲线进行比对的方法有直接匹配法和含损失量匹配法。

5.根据权利要求4所述的煤矿井下快速测定煤层瓦斯参数的方法,其特征是:所述的直接匹配法是指:利用解吸数据,获得累计解吸曲线,然后解吸曲线放入数据库中与原有数据库曲线进行对比,即将数据库中所有曲线自动减去开始计算流量的时间点t0之前的解吸量,使用剩余的解吸量进行对比的方法。

6.根据权利要求4所述的煤矿井下快速测定煤层瓦斯参数的方法,其特征是:所述的含损失量匹配法是指:加上损失量后的解吸数据与数据库进行对比,分为幂函数法和 法;

a. 法

法是根据煤样开始暴露一段时间内Vt0和 呈直线关系来进行确定的,即:式中:a、b为待定常数,当 时,Vt0=a,a值即为所求的损失瓦斯量;计算a值前首先以 为横坐标,以Vt0为纵坐标作图,由图大致判定呈线性关系的各测点,然后根据这些点的坐标值,按最小二乘法求出a值,即为所求的损失瓦斯量;

b.幂函数法

将测得的(t,Vt)数据转化为解吸速度数据 然后对 按下式拟合求出q0和n;

qt=q0·(1+t)-n

式中:qt—时间t对应的瓦斯解吸速度,cm3/min;

q0—t=0时的对应的瓦斯解吸速度,cm3/min;

t—包括取样时间T0在内的瓦斯解吸时间,min;

n—瓦斯解吸速度衰减系数,0<n<1;

煤样的损失瓦斯量按下式计算:

式中:Xs—煤样损失瓦斯量,cm3;

T0—煤样暴露时间,min;

即分别利用幂函数法和 法计算获取解吸数据中的损失量,继而获得整个解吸数据,然后与数据库内曲线进行匹配。