[发明专利]一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法

权利要求书

1.一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，将瓦斯含量分为钻进损失量、取样损失量、井下解吸量、粉碎解吸量四部分，具体测定步骤如下：

①钻进阶段：从井下煤壁钻进到待取样点位置，同时记录钻进时间t₁和钻进期间孔口流量Q，利用钻进时间t₁和孔口流量Q之间的规律反算钻进阶段损失量V₁；

②取样阶段：利用钻杆将从待取样点钻下的煤样排至钻孔处，在孔口接取一定质量煤样并筛分至指定目数，随后立即称重，并装入密封罐，同时记录取样时间t₂和煤样质量m；

③井下解吸阶段：设定井下解吸时长为t₃，并使用瓦斯解吸仪测定煤样在这段时间内的解吸量，期间连续记录不同解吸时刻t及对应的瓦斯解吸量V，最后测得井下解吸量为V₃，利用瓦斯解吸量V与不同解吸时刻t之间的动态关系，结合取样时间t₂反算得到取样阶段瓦斯损失量V₂；

④粉碎解吸阶段：在密闭状态下破碎密封罐中的煤样至指定目数，使用瓦斯解吸仪连续测定解吸量至某一设定时间，同时记录粉碎解吸量V₄；

⑤记录测量地点的大气压力、环境温度，校正每个阶段的瓦斯量至标准状况下的体积；

⑥计算煤层瓦斯含量。

2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，步骤①中计算钻进阶段损失量V₁是依据钻进期间孔口流量Q和钻进时间t₁之间的变化规律反算，其模型为：

式中：R₁为钻孔半径；

λ为煤层透气性系数；

P为煤层瓦斯压力；

χ为瓦斯含量系数；

r为钻孔松动圈到钻孔中心的距离；

H为煤层厚度；

D为瓦斯扩散系数；

r₀为煤粒半径。

3.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，步骤③中取样阶段瓦斯损失量V₂是依据分数阶反常扩散模型进行计算，该模型为：

式中：V为井下不同解吸时刻t对应的瓦斯解吸量；

V₂为在取样时间t₂内的瓦斯损失量；

A为模型参数；

D_f为分数阶扩散系数；

α、β为分数阶参数。

4.根据权利要求1或2所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，步骤⑤中所述校正每个阶段的瓦斯量至标准状况下的体积，计算公式如下：

式中：V_i′为校正后各阶段瓦斯量；

V_i为未校正前各阶段瓦斯量；

P₁为井下取样地点的大气压力；

P₀为标准大气压力；

T井下取样地点的环境温度。

5.根据权利要求3所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，步骤⑥中所述煤层瓦斯含量按下式计算：

式中：W为煤层瓦斯含量；

V₁′为校正后的钻进阶段瓦斯损失量；

V₂′为校正后的取样阶段瓦斯损失量；

V₃′为校正后的井下解吸量；

V₄′为校正后的粉碎解吸量；

m为煤样质量。

6.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，步骤④中所述的粉碎至指定目数为不小于80目。

7.根据权利要求5所述的一种煤层瓦斯含量的井下直接测定方法，其特征在于，步骤②中所述的筛分至指定目数为20-40目。