[发明专利]一种基于碳氢同位素的回采工作面多源瓦斯预测方法

说明书

本发明涉及矿山瓦斯治理技术领域，具体的说是一种基于碳氢同位素的回采工作面多源瓦斯预测方法。本发明主要是通过对现场取的煤样和瓦斯气样进行实验室气体组分分析和碳氢同位素测试，分析单一煤层瓦斯气体和多个煤层混合瓦斯气体对应的δ¹³C(CH₄)，δD(CH₄)和δ¹³C(CO₂)等碳、氢同位素组成差异，运用数学方法，确定所取气样中回采工作面多源瓦斯来源及比例。本发明采用碳、氢同位素分析方法，定量分析了所取气样中的混合瓦斯气体中的组成特征和来源比例，提出了新的回采工作面多源瓦斯预测方法，为本煤层瓦斯抽采以及本煤层瓦斯治理提供了依据，明确了瓦斯来源，治理瓦斯就显得有的放矢，避免了盲目治理和不必要的投入。

技术领域

本发明涉及矿山瓦斯治理技术领域，具体的说是一种基于碳氢同位素的回采工作面多源瓦斯预测方法。

背景技术

在综采工作面的瓦斯涌出中，相邻工作面瓦斯涌向本煤层工作面的瓦斯占很高的比例，同时也是造成瓦斯超限的根本原因。合理的通风方式在一定程度上能够缓解瓦斯治理的压力，通过对积聚在采空区的瓦斯进行抽采，能够有效地防止工作面及回风流中的瓦斯浓度过高。在多个煤层开采过程中，研究上覆煤层对本煤层开采工作面的瓦斯运移规律及涌出比例至关重要，从而可以有效地加强邻近层的瓦斯治理，保障本煤层工作面安全高效回采。然而目前对于瓦斯来源使用分源预测法进行预测，无法准确定量预测邻近层的瓦斯。

现阶段，通过学者们多年的探讨，瓦斯运移理论在我国得到了突飞猛进的发展，但是关于多源瓦斯运移规律的研究还不是很多，即使也做了一些研究，也是利用计算机流体力学软件以数值模拟的手段，无法具体量化多源瓦斯涌出来源及比例(之前对于多源瓦斯的预测也只是基于经验手段)。因此，亟需一种新的方法来解决上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种基于碳氢同位素的回采工作面多源瓦斯预测方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种基于碳氢同位素的回采工作面多源瓦斯预测方法，包括以下步骤：

S1:在现开采煤层中分别获取第一煤样和第一气样，在现开采煤层的上邻近煤层中分别获取第二煤样和第二气样，在现开采煤层的下邻近煤层中分别获取第三煤样和第三气样，在现开采煤层工作面的采空区中获取第四气样或在现开采煤层工作面的回风巷中获取第五气样；

S2:分别测试所述第一煤样、第二煤样和第三煤样的气体组分(具体参照AQ1066-2008煤层瓦斯含量井下直接测定方法)；分别测试所述第一气样、第二气样、第三气样、第四气样或第五气样对应的CH₄中碳的同位素值、CH₄中氢的同位素值和CO₂中碳的同位素值；

S3:对比分析不同煤层对应的碳的同位素值和氢的同位素值的特征，找出不同煤层的碳的同位素值和氢的同位素值所对应的区间值，从而确定现开采煤层工作面瓦斯来源；

S4:计算第一气样、第二气样、第三气样在第四气样中的体积分数，即现开采煤层工作面瓦斯比例；或计算第一气样、第二气样、第三气样在第五气样中的体积分数，即现开采煤层工作面的回风巷的瓦斯比例。

所述第一煤样、第二煤样和第三煤样装入煤样罐中密封；所述第一气样、第二气样、第三气样、第四气样和第五气样用铝箔袋密封。

所述第一煤样、第二煤样和第三煤样分别在开采煤层、上邻近煤层和下邻近煤层中施工顺层钻孔获取；所述第一气样、第二气样、第三气样通过双链球取气装置在顺层钻孔中部获取。

所述现开采煤层工作面瓦斯比例通过求解下式计算：