[发明专利]一种煤层瓦斯可解吸量快速测算系统及方法

说明书

本申请提供了一种煤层瓦斯可解吸量快速测算系统及方法。该系统用于对目标煤层的瓦斯极限可解吸量进行测定，包括：煤样罐和测定装置，煤样罐与测定装置的进气口通过解吸管道连接，煤样罐用于存储目标煤层的煤样；测定装置包括：可编程逻辑控制器和流量传感器；流量传感器与可编程逻辑控制器通讯连接，且设置于测定装置内部，用于实时监测瓦斯从煤样罐扩散至测定装置内的流量，并将流量监测数据发送至可编程逻辑控制器；可编程逻辑控制器中预先写入瓦斯动态扩散简化模型，能够根据流量监测数据、取样时间和煤样罐中煤样的重量，对预设扩散时间内煤样的瓦斯极限可解吸量进行计算，从而实现煤层瓦斯可解吸量的智能快速测算。

技术领域

本申请涉及煤层瓦斯含量测定技术领域，特别涉及一种煤层瓦斯可解吸量快速测算系统及方法。

背景技术

煤层瓦斯含量由瓦斯可解吸量和瓦斯残存量构成，瓦斯残存量可在实验室通过抽气、粉碎、色谱分析确定，或者利用Langmuir单分子层吸附模型直接计算。就现在应用而言，瓦斯残存量无论通过实验室测定还是模型计算，其测算精度完全可满足生产要求，不存在技术难点。在煤矿井下生产现场，采掘工作面涌出的瓦斯均来源于煤的瓦斯可解吸量，其可解吸能力决定了工作面瓦斯涌出强度。目前，获取煤层瓦斯可解吸量手段需要经历两个步骤，第一现场采样后利用解吸仪计量煤样瓦斯累计解吸量，第二通过瓦斯损失量补偿模型反算采样过程中瓦斯损失量。瓦斯累计解吸量和瓦斯损失量之和即为煤的瓦斯可解吸总量。

常用的瓦斯损失量补偿方法有法和幂函数法，两者构建的基础理论均是依据经典均质煤粒甲烷扩散模型(以下简称“经典模型”)而作的处理，其物理意义视甲烷在煤粒中流动过程为扩散行为，遵循扩散定律。随着实验测试手段不断丰富，许多学者皆已发现，在煤样甲烷扩散初期，扩散系数较大，随着扩散时间的延长，扩散系数逐渐减小，也就是在煤粒甲烷扩散前期，甲烷扩散系数大于平均扩散系数，后期扩散系数小于平均扩散系数，扩散系数是逐渐在减小的。不同实验条件下得到的甲烷扩散系数并非恒定值，都具有随时间的延长而逐渐衰减的变化规律，并且降低的幅度也比较大。而经典模型采用的扩散系数依然是恒定不变的平均扩散系数，其计算的瓦斯损失量与实测值偏差较大，已不能较好的描述甲烷在煤基质中的扩散过程。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种煤层瓦斯可解吸量快速测算系统及方法，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

本申请提供了一种煤层瓦斯可解吸量快速测算系统，用于对目标煤层的瓦斯极限可解吸量进行快速测定，包括：煤样罐和测定装置，所述煤样罐与所述测定装置的进气口通过解吸管道连接，所述煤样罐用于存储所述目标煤层的煤样；所述测定装置包括：可编程逻辑控制器和流量传感器；所述流量传感器与所述可编程逻辑控制器通讯连接，且设置于所述测定装置内部，用于对通过所述解吸管道扩散至所述测定装置内的瓦斯解吸流量进行监测，并将流量监测数据发送至所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器中预先写入瓦斯动态扩散简化模型，能够根据所述流量监测数据、取样时间和所述煤样罐中所述煤样的重量，对预设扩散时间内的所述煤样的瓦斯极限可解吸量进行计算；其中，所述取样时间为煤样罐开始接取煤样至所述流量传感器监测到瓦斯解吸流量的时间，所述瓦斯动态扩散简化模型为：

式中，t为扩散时间，单位为秒；Q_t为t时刻的瓦斯解吸量，单位为立方厘米每克；Q_∞为所述瓦斯极限可解吸量，单位为立方厘米每克；a为所述煤样的最大半径，单位为厘米；D₀表征t＝0时瓦斯在所述煤样中的初始扩散系数，单位为平方厘米每秒；ε表征瓦斯扩散时的衰减系数，单位为每秒分之一。