煤层瓦斯含量井下一站式自动化精准测定方法

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■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。

煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统

自主研制了煤岩体应力-渗流-温度多过程耦合试验系统,可以实现不同地应力、温度、流体压力等条件下煤岩体应力变形-瓦斯解吸/扩散-气体运移-温度传输等行为的试验模拟.该系统主要包括岩芯夹持子系统、流体控制子系统、温度控制子系统、操作控制及数据分析子系统等.岩心夹持器的煤岩样通过液体自动加压泵精准控制加载应力;特制的橡胶套包裹煤岩体有效阻隔了外界液体与煤岩样的接触,应变片直接贴敷在煤岩样上,克服了许多传统仪器应力-应变参数的非接触式测量和仪器操作过程复杂等问题;采用程序控温和电热毯联合加热的方法,实现了试验管路和煤岩样环境温度的可调可控,突破了普通水浴控温温度低于100℃的限制;采用labVIEW可视化的图形编程语言和平台开发了系统操作界面,可以实现实验数据的实时采集与分析.该试验系统的力学和渗透性测试结果的准确性分别通过了MTS815岩石力学试验系统和标准渗透率岩心的验证.应用该系统开展了温度-应力耦合下煤体渗透性演化和应力加载下型煤吸附/解吸CO2的连续性力学-吸附/解吸过程相关的实验,实验结果与理论-实际的认知相吻合.