一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法与流程

本发明属于瓦斯气体组分分析，特别提供了一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法。

背景技术：

1、煤层瓦斯是甲烷、二氧化碳、氮气和数量不等的重烃以及微量的稀有气体等组成的混合物。研究表明，煤层瓦斯中的气体组分与煤变质程度、煤对各种组分的吸附能力等因素有关，且煤层的非均质性、瓦斯赋存规律和地质构造等因素会造成不同区域的瓦斯气体组分存在较大差异。瓦斯组分中甲烷气体体积分数是确定煤层瓦斯风化带的重要参数，瓦斯气样的精准采集和气样组分的准确分析直接决定着煤矿瓦斯灾害防治的有效性和经济性。

2、常用的煤层自然瓦斯气体方法主要是按照煤层瓦斯含量测定中的脱气法实验室采取气样，其过程经过煤样采集、井下解吸和煤样罐的运输升井甚至包括运送到有资质单位的实验室中，可能会造成瓦斯气体的漏失、分层，且瓦斯含量脱气法测定过程中开罐分选和破碎煤样对气成分测定结果的差异有显著影响。煤矿企业的安全生产和精准灾害治理都难以忍受瓦斯气体采样的不合规和气样分析的不准确等缺点。针对不同煤层瓦斯赋存情况，亟需一种能够采集具有代表性煤层自然瓦斯气体并准确分析的方法，确保气体组分分析的实效性和准确性。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，包括以下步骤：

3、步骤一，获取煤层地勘期间瓦斯地质情况和生产期间瓦斯情况，根据得到的地勘瓦斯地质数据和生产期间瓦斯数据确定煤层自然瓦斯气体试样采集方法；

4、步骤二，根据煤层赋存和巷道布置情况确定取样钻孔类型，以及煤层自然瓦斯气体采样钻孔的施工参数；

5、步骤三，根据采掘情况确定煤层自然瓦斯气体采样钻孔施工地点，完成煤层自然瓦斯气体的采样工作；

6、步骤四，采集施工地点环境气体试样，利用气相色谱仪分析得到施工地点环境气体试样中o2的体积分数ch(o2)；

7、步骤五，利用气相色谱仪分析得到煤层瓦斯气样中o2、n2、ch4、co2、重烃气体的体积分数：c(o2)、c(n2)、c(ch4）、c(co2)、c(重烃气体)；

8、步骤六，按照煤层自然瓦斯气体组分基修正方法，分析得到无空气基煤层自然瓦斯气体组分；

9、步骤七，重复步骤3至步骤6，完成第2个煤层自然瓦斯气体的采样分析工作。

10、进一步地，在步骤一中，所述煤层自然瓦斯气体试样采集方法包括煤样解吸真空采样法、煤样解吸排液采样法和自然涌出瓦斯采样法；

11、若煤层自然瓦斯气体采样地点在地勘时期确定的瓦斯风化带以上或位于瓦斯风化带内，采用煤样解吸真空采样法；

12、若煤层自然瓦斯气体采样地点在地勘时期确定的瓦斯风化带以下，且钻孔瓦斯涌出量小于q时，采用煤样排液解吸采样法或煤样解吸真空采样法；

13、若煤层自然瓦斯气体采样地点在地勘时期确定的瓦斯风化带以下，且煤层钻孔的自然瓦斯涌出量大于q时，采用自然涌出瓦斯采样法；

14、q是指单位时间内钻孔中流出的瓦斯气体的流量，单位为l/min。

15、进一步地，所述煤样解吸真空采样法中，将煤样密封后，令煤样密封装置的出气口保持畅通，畅通时间大于1min。

16、进一步地，所述自然涌出瓦斯采样法中需要对自然采样容器进行气样冲洗，且气样冲洗的次数多于3次；

17、所述气样冲洗的方式为使用钻孔中涌出的煤层瓦斯气体充满自然采样容器再全部排出。

18、进一步地，在步骤二中，所述取样钻孔类型包括穿层钻孔和顺层钻孔；

19、顺层钻孔类型的煤层自然瓦斯气体采样钻孔的长度大于巷道预排瓦斯等值宽度的1.5倍；

20、穿层钻孔类型的煤层自然瓦斯气体采样钻孔的见煤点与巷道的法距大于巷道的卸压圈宽度的1.5倍。

21、进一步地，在步骤六中，所述煤层自然瓦斯气体组分基修正方法的具体步骤为，根据步骤四得到的环境气体试样中o2的体积分数ch(o2)，和步骤五得到的煤层瓦斯气样中ch(o2)、重烃气体的体积分数，按照修正公式（1）至公式（4）计算得到修正后的无空气基煤层自然瓦斯气体组分；

22、；

23、式中：

24、ct(n2)—修正后无空气基煤层自然瓦斯气体组分中n2的体积分数；

25、ct(ch4)—修正后无空气基煤层自然瓦斯气体组分中ch4的体积分数；

26、ct(co2)—修正后无空气基煤层自然瓦斯气体组分中co2的体积分数；

27、ct(重烃气体)—修正后无空气基煤层自然瓦斯气体组分中重烃的体积分数；

28、c(o2)—煤层瓦斯气样中o2的体积分数；

29、c(n2)—煤层瓦斯气样中n2的体积分数；

30、c(ch4)—煤层瓦斯气样中ch4的体积分数；

31、c(co2)—煤层瓦斯气样中co2的体积分数；

32、c(重烃气体)—煤层瓦斯气样中重烃气体的体积分数。

33、使用本发明的有益效果是：

34、本发明的方法是在原始的煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力、埋深、煤的透气性等现场条件下采集的瓦斯气样，因而测得的气体组分更符合实际，同时根据不同的地勘瓦斯地质数据和生产期间瓦斯数据确定煤层自然瓦斯气体试样采集方法，能够确保瓦斯气体采样的顺利有效进行。

35、瓦斯气样的精准采集和气样组分的分析修正能够准确分析煤层瓦斯风化带和低瓦斯含量等的煤层自然瓦斯成分，确定煤矿瓦斯灾害等级且提高煤矿瓦斯灾害防治的有效性和经济性。

36、煤层自然瓦斯气体组分基修正方法将管路、容器等中可能存在的空气扣除后得到无空气基的煤层自然瓦斯气体组分，更趋近于真值，符合现场实际。

37、该方法更能够指导煤矿现场瓦斯灾害治理，具有符合现场实际、方法简单、操作简便等优点。

技术特征：

1.一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1中所述的一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，其特征在于：在步骤一中，所述煤层自然瓦斯气体试样采集方法包括煤样解吸真空采样法、煤样解吸排液采样法和自然涌出瓦斯采样法；

3.根据权利要求2中所述的一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，其特征在于：所述煤样解吸真空采样法中，将煤样密封后，令煤样密封装置的出气口保持畅通，畅通时间大于1min。

4.根据权利要求2中所述的一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，其特征在于：所述自然涌出瓦斯采样法中需要对自然采样容器进行气样冲洗，且气样冲洗的次数多于3次；

5.根据权利要求1中所述的一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，其特征在于：在步骤二中，所述取样钻孔类型包括穿层钻孔和顺层钻孔；

6.根据权利要求1中所述的一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，其特征在于：在步骤六中，所述煤层自然瓦斯气体组分基修正方法的具体步骤为，根据步骤四得到的环境气体试样中o2的体积分数ch(o2)，和步骤五得到的煤层瓦斯气样中o2、n2、ch4、co2、重烃气体的体积分数，按照修正公式（1）至公式（4）计算得到修正后的无空气基煤层自然瓦斯气体组分；

技术总结本发明公开了一种煤层自然瓦斯气体组分分析方法，属于煤矿开采安全技术领域，首先根据地勘和采掘期间瓦斯数据确定采样方法，再根据实际煤层和巷道情况确定钻孔类型，之后进行采样工作，得到煤层瓦斯气样中O<subgt;2</subgt;、N<subgt;2</subgt;、CH<subgt;4</subgt;、CO<subgt;2</subgt;、重烃气体的体积分数，最后通过煤层自然瓦斯气体组分基修正方法得到无空气基煤层自然瓦斯气体组分，本发明对瓦斯气样的精准采集和气样组分的分析修正能够准确分析煤层瓦斯风化带和低瓦斯含量等的煤层自然瓦斯成分，确定煤矿瓦斯灾害等级且提高煤矿瓦斯灾害防治的有效性和经济性，煤层自然瓦斯气体组分基修正方法将管路、容器等中可能存在的空气扣除后得到无空气基的煤层自然瓦斯气体组分，更趋近于真值，符合现场实际。技术研发人员：李艳增,许幸福,韩兵,曹垚林,石永生,刘伯伟,高中宁,邹永洺,黄鹤受保护的技术使用者：中煤科工集团沈阳研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25