CN103353618B - 一种瓦斯资源量的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种瓦斯资源量的计算方法，包括如下步骤：确定资源量计算边界；划分资源量计算单元；计算单元的面积；确定煤层有效厚度；确定煤的质量密度；确定瓦斯含量；计算所述资源量。在确定瓦斯含量步骤中，结合煤矿实测瓦斯含量以及依据瓦斯涌出量反演出的瓦斯含量建立了瓦斯含量和影响其的主控地质因素之间的数学模型，并使用该数学模型，计算煤层的平均瓦斯含量。本方法具有经济准确的特点。

Description

一种瓦斯资源量的计算方法

技术领域

本发明涉及瓦斯资源评价领域，尤其是瓦斯含量确定、瓦斯资源量计算方法。

背景技术

瓦斯资源量是矿山资源评价的重要参数，瓦斯资源量大小及分布状况，是编制勘探规划、开发方案、能源调配和投资决策的重要依据。

瓦斯含量是指单位质量的煤层中，所含瓦斯的体积。而瓦斯资源量一般是通过瓦斯含量和煤层储存量来计算的，于是，瓦斯含量取值的准确程度直接决定了煤层气资源量计算的准确程度。

目前，瓦斯含量取值一般采用在地质勘探钻孔和地面煤层气参数井中测得的瓦斯含量。其数据主要来源于地质勘探资料，勘探程度越高，数据越准确，资源量的结果也越可靠；但对于勘探程度较低或者当前没有勘探的区域，资源量计算的结果可靠性就值得怀疑。

研究结果表明，使用上述方法获得的瓦斯含量与煤层实际瓦斯含量和煤矿井下实测瓦斯含量存在明显差异。且由于地勘钻孔和煤层气参数井施工费用高昂，所以瓦斯含量测点远远少于煤矿井下瓦斯含量测点。这样进一步造成了煤层气资源量计算的不准确性。

而在实际的煤矿生产过程中，积累有大量的煤矿井下实测瓦斯含量数据以及瓦斯涌出量数据，这些数据实际上是瓦斯含量的真实反应。

如果能充分利用这些煤矿井下实测瓦斯含量测试数据，或利用一定的技术手段从瓦斯涌出量反演出瓦斯含量，一方面可以减少地勘钻孔的数量，节约成本；另一方面，也能提高瓦斯资源量的计算准确度。

发明内容

鉴于所述，本发明基于煤矿生产中积累的瓦斯含量测试数据以及瓦斯涌出量数据，提出了一种瓦斯资源量计算方法,包括如下步骤：

确定瓦斯资源量计算边界，根据瓦斯含量、煤层厚度的资料，确定所述瓦斯资源量计算边界；

划分瓦斯资源量计算单元，在所述边界内，分析与瓦斯含量相关的因素，将具有相同或相近瓦斯赋存特征的区域划为一个瓦斯资源量计算单元；

计算单元的面积，分别计算出所述计算单元的面积；

确定煤层有效厚度，通过勘测数据确定去除夹矸厚度的有效煤层厚度；

确定煤的质量密度，通过勘测数据确定煤的真密度或视密度作为煤的质量密度；

确定煤层的平均瓦斯含量，在所述计算单元内，确定单位质量的煤炭中瓦斯的平均体积含量；

计算瓦斯资源量，根据所述单元面积、煤层有效厚度、煤的质量密度以及所述瓦斯含量计算出瓦斯资源量；其特征在于，

在确定瓦斯含量的过程中，根据煤层实测瓦斯含量和依据瓦斯涌出量反演出的瓦斯含量，建立所述瓦斯含量和影响所述瓦斯含量的主控地质因素之间的数学模型，并使用该数学模型，计算出所述瓦斯资源量计算单元中的平均瓦斯含量；并且

在所述资源量的计算中，采用所述平均瓦斯含量来计算所述资源量。

所述方法，其特征在于，使用下面的公式通过瓦斯涌出量反演出瓦斯含量：

式中：W—瓦斯涌出量反演的瓦斯含量，m³/t；

k—反演瓦斯含量修正系数；

Q_掘—掘进期间瓦斯涌出总量，m³；

Q_掘抽—掘进期间本煤层瓦斯抽采总量，m³；

Q_回—回采期间瓦斯涌出总量，m³；

Q_回抽—回采期间本煤层瓦斯抽采总量，m³；

W_残—煤层残存瓦斯含量，m³/t；

M—工作面煤炭储量，t。

所述方法，其特征在于，所述数学模型的建立，包括如下步骤：

确定主控地质因素，通过分析得到控制所述瓦斯含量的主要地质因素，即主控地质因素；

选择数学模型，以所述主控地质因素为自变量，以所述瓦斯含量作为因变量，选取合适的数学模型；

准备数据，以实际测得的瓦斯含量数据为基础数据，不足部分通过所述瓦斯涌出量反演瓦斯含量的方法获得；

确定模型参数，用所准备的数据确定所述数学模型的参数。

优选地，在所述方法中，所选择的数学模型是线性模型。

优选地，在所述方法中，所选择的数学模型是对数线性模型。

所述方法，其特征在于，在建立了所述数学模型后，采用面积权衡法确定所述煤层的平均瓦斯含量，包括如下步骤：

划分小区，将所述资源量计算单元细分为三个以上面积相等的小区；

计算小区平均瓦斯含量，在每个小区选取一定数目的样本点，根据实际测量值或所述数学模型的计算值，确定每个样本点处的瓦斯含量值，将所述小区内所有样本点瓦斯含量的平均值作为小区平均瓦斯含量；

确定资源量计算单元的平均瓦斯含量，将所述资源量计算单元中所有的小区平均瓦斯含量的平均值作为所述资源量计算单元的平均瓦斯含量。

所述方法，其特征在于，按如下方式计算所述资源量：

分别计算各所述计算单元的瓦斯资源量，然后求和得到总的瓦斯资源量，

其中，如果所述计算单元内的煤炭储存量已知，那么按下面公式计算瓦斯资源量，

$G_i=M_i\stackrel{\‾}{C_i}$

式中：G_i—第i个计算单元的煤层气地质资源量，10⁸m³；

M_i—第i个计算单元的煤炭储量或资源量，10⁸t；

—第i个计算单元内的平均瓦斯含量，m³/t；

如果所述计算单元的煤炭储存量未知，那么按下面公式计算瓦斯资源量，

$G_i={0.01A}_i\stackrel{\‾}{D_i}\stackrel{\‾}{C_i}$

式中：A_i—第i个计算单元的煤储层含气面积，km²；

—第i个计算单元的煤层平均视密度，t/m³；

—第i个计算单元内的平均瓦斯含量，m³/t。

本发明提出的方法充分利用实际煤矿生产过程中积累的大量煤矿井下实测瓦斯含量数据以及瓦斯涌出量数据，并结合数理分析方法，一方面，由于减少了地勘钻孔的数量，节约了成本；另一方面，由于这些数据更加充分和真实，提高了瓦斯资源量的计算准确度。

附图说明

根据下述参照附图进行的详细描述，本发明的特征和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的瓦斯资源量计算步骤；

图2示出了根据本发明的一个实施例的建立瓦斯含量数学模型的步骤；

图3示出了根据本发明的一个实施例所建立的线性数学模型；

图4示出了根据本发明的一个实施例所建立的对数线性数学模型；

图5示出了根据本发明的一个实施例的面积权衡法计算平均瓦斯含量的步骤。

具体实施方式

下面将参考附图描述本发明。应该明白的是，本文所说明的发明可以用多种多样形式具体体现，并且在本文中公开的任何具体结构、功能仅仅是代表性的。基于本文的说明，本领域技术人员应该明白的是，本文所公开的一个实施例可以独立于任何其它实施例实现，并且这些实施例中的两个或多个实施例可以按照各种方式组合。

图1示出了根据本发明的一个实施例的瓦斯资源量计算步骤。

本发明所提供的瓦斯资源量计算方法以下述思路进行，先确定煤炭储量相关信息，然后确定单位质量煤炭的瓦斯含量，最后计算出瓦斯资源量。

具体地，如图1所示，首先，在步骤S1010中确定瓦斯资源量的计算边界。其中，瓦斯资源的计算边界由瓦斯含量下限值和煤层厚度下限值来确定，即瓦斯含量低于瓦斯含量下限值或煤层厚度低于煤层厚度下限值的位置，可以被认定为是所述资源的计算边界。其中，瓦斯含量下限值和煤层厚度下限值的取值标准参考《煤层气资源/储量规范》；瓦斯含量和煤层厚度由瓦斯含量等值线、勘测钻孔数据来确定。

接着，在步骤S1020中，划分出瓦斯资源量计算单元。原则上是以瓦斯地质单元为资源量计算单元（即资源量区块）。瓦斯地质单元指地质特征相近、未受大的地质构造阻隔，有基本相同的煤质和相近似的地质构造复杂程度、煤层破坏程度、构造煤层厚度等的整片煤层区域，即具有相同或类似的瓦斯赋存规律的区域。

在划分资源量计算单元的过程中，首选的地质因素是控制性地质边界，如断层、尖灭、剥蚀等；然后结合气藏计算边界。

在完成了上述瓦斯资源量计算单元划分之后，进行步骤S1030，计算所划分计算单元的面积。

计算中，可以使用传统的公式法或网格法计算划分计算单元的面积，也可以使用如AutoCAD等软件的面积计算功能来完成所划分计算单元的面积的计算。其中，达不到产量下限的煤层净厚度边界、达不到产量下限的瓦斯含量下限边界和瓦斯风化带边界都不加以计算。

在通过上述步骤获取了瓦斯资源量计算单元的面积后，为了计算出煤炭资源的体积，在接下来的步骤S1040中，确定出煤层的有效厚度。

所述煤层有效厚度为去除夹矸厚度的整层煤厚，也称净厚度。可以通过查看邻近钻孔资料、测井曲线或者取芯整理出夹矸厚度和煤层厚度，从而计算出煤层有效厚度。

在步骤S1050中，为了获知煤炭资源的质量，需要确定煤的质量密度。可以通过查找附近的勘探钻孔和瓦斯测试钻孔的资料，从相应报告中收集煤的真密度或视密度的数值；对于在所考察的计算单元有多个钻孔的情况，可以取其质量密度的平均值作为煤的质量密度。

通过上述步骤，已经确定了资源量计算单元中的煤层面积、平均厚度以及质量密度，则可以计算出资源量计算单元中的煤的储量。为了确定该计算单元中煤层含气含量，还需要知道单位质量煤炭中的瓦斯含量。

在步骤S1060中，为了确定单位质量煤炭中的瓦斯含量，以每个瓦斯地质单元为研究区域，分析影响瓦斯赋存的主控地质因素，结合矿井实测瓦斯含量、通过瓦斯涌出量反演的瓦斯含量，建立瓦斯含量与这些主控地质因素之间的数学模型。并且根据上述数学模型，采用面积权衡法计算出瓦斯含量。

其中，通过瓦斯涌出量反演瓦斯含量、建立瓦斯含量数学模型以及采用面积权衡法计算瓦斯含量的方法，将在下文中详细描述。

经过上述步骤所得的结果，即可计算出瓦斯资源量。

最后，在步骤S1060中完成瓦斯资源量的计算。即，先分别计算各所述资源量计算单元的瓦斯资源量，然后将得到的资源量求和。其中，如果可以依据上面获取的信息确定所述资源量计算单元的煤炭储量，那么按下面公式计算所述瓦斯资源量，

$G_i=M_i\stackrel{\‾}{C_i}$

式中：G_i—第i个计算单元的瓦斯资源量，10⁸m³；

M_i—第i个计算单元的煤炭储量，10⁸t；

—第i个计算单元内的平均瓦斯含量，m³/t；

如果所述资源量计算单元的煤炭储存量未知，仅知道各个计算单元的面积，那么按下面公式计算所述资源量，

$G_i={0.01A}_i\stackrel{\‾}{D_i}\stackrel{\‾}{C_i}$

式中：A_i—第i个计算单元的面积，km²；

—第i个计算单元的煤层平均视密度，t/m³；

—第i个计算单元内的平均瓦斯含量，m³/t。

瓦斯涌出量实际上是瓦斯含量的一种表现方式，因而在上述步骤中的瓦斯含量，可以通过下面的瓦斯的涌出量反演方法来计算。

具体地，假设工作面满足：工作面位于同一地质单元内，有基本相同的煤质和相近似的地质构造复杂程度、煤层破坏程度、构造煤厚度等；无大的断层、陷落柱等地质构造影响；瓦斯抽采钻孔布置均匀。

满足上述条件的工作面，可以采用下面的公式用瓦斯涌出量反演出瓦斯含量：

式中：W'—瓦斯涌出量反演的瓦斯含量，m³/t；

Q_掘—掘进期间瓦斯涌出总量，m³；

Q_掘抽—掘进期间本煤层瓦斯抽采总量，m³；

Q_回—回采期间瓦斯涌出总量，m³；

Q_回抽—回采期间本煤层瓦斯抽采总量，m³；

W_残—煤层残存瓦斯含量，m³/t；

M—工作面煤炭储量，t。

由于回采期间开采层的瓦斯涌出量中包括邻近层和围岩瓦斯涌出量，因此，需要对反演的瓦斯含量进行修正，修正系数由公式（2）求出。

式中：k—反演瓦斯含量修正系数；

W'—瓦斯涌出量反演瓦斯含量，m³/t；

W_实—同一瓦斯地质单元中实测瓦斯含量，m³/t。

综合上述，修正后的反演瓦斯含量W为：

图2示出了根据本发明的一个实施例的建立瓦斯含量数学模型的步骤。如该图所示，为了建立瓦斯含量数学模型，首先执行步骤S2010，确定主控地质因素，其中，以每个瓦斯地质单元为研究区域，通过对比和分析瓦斯含量的分布变化和相关地质因素的分布变化之间的相关性，将相关性最高的一个或几个地质因素确定为影响瓦斯含量的主控地质因素。

然后，在步骤S2020中，选择数学模型。其中，以所述主控地质因素为自变量，以所述瓦斯含量作为因变量，选取合适的数学模型：对于地质结构简单的区域，可以选取较简单的模型，如线性模型或对数线性模型；对于地质结构相对复杂的区域，可以选取较复杂的模型，如通常采用的数理化理论I模型。

为了确定所选择的数学模型，在步骤S2030中，进行数据准备。即，需要准备一定数量的地质因素数据和相应的瓦斯含量数据。其中，所需数据以实际勘测得到的上述主控地质因素数据和瓦斯含量数据为基础数据，并通过瓦斯涌出量反演瓦斯含量的方法获取不足的瓦斯含量数据。

在数据准备完成后，执行步骤S2040确定数学模型参数。即，用所准备的数据确定所选择数学模型的参数。

在上述步骤S2020中，依据实际数据，可以选择线性模型作为数学模型。图3示出了根据本发明的一个实施例所建立的线性数学模型。如该图所示，在某一个煤矿中影响瓦斯瓦斯含量的主控因素是标高，经过执行上述步骤S2010到步骤S2040，并在步骤S2020中选择线性模型，最后得到的数学模型为

W=0.0309H+0.9452  (4)

式中：W—煤层瓦斯瓦斯含量，m³/t；

H—标高，m；

从图4可以看出所建立的线性模型和实际测得瓦斯含量的关系。

在上述步骤S2020中，依据实际数据，也可以选择对数线性模型作为数学模型。图4示出了根据本发明的一个实施例所建立的对数线性数学模型。如该图所示，在另一个煤矿中影响瓦斯瓦斯含量的主控因素是埋深，经过执行上述步骤S2010到步骤S2040，并在步骤S2020中选择对数线性模型，最后得到的数学模型为

W=6.9685Ln(X)-38.165  (5)

式中：W—煤层瓦斯瓦斯含量，m³/t；

X—埋深，m；

从图4可以看出所建立的对数线性模型和实际测得瓦斯含量的关系。

图5示出了根据本发明的一个实施例的以面积权衡法计算平均瓦斯含量的步骤。如该图所示，为了计算平均瓦斯含量，首先，执行步骤S3010，划分小区。其中，为了估算的准确性以及计算的方便，将所述资源量计算单元细分为三个以上面积相等的小区；

接下来，在步骤S3020，计算出小区平均瓦斯含量。其中，在每个小区选取一定数目的样本点，根据实际测量值或所述数学模型的计算值，确定每个样本点处的瓦斯含量值，将所有样本点瓦斯含量的平均值作为小区平均瓦斯含量；

最后，在步骤S3030中确定资源量计算单元平均瓦斯含量。将所述资源量计算单元中所有小区平均瓦斯含量的平均值作为所述资源量计算单元的平均瓦斯含量。

虽然参照附图对根据本发明的实施例进行了如上描述，但是本领域技术人员应当理解，对所述发明所提出的实施例，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (7)

1.一种瓦斯资源量计算方法,包括如下步骤：确定瓦斯资源量计算边界，根据瓦斯含量、煤层厚度的资料，确定所述瓦斯资源量计算边界；

划分瓦斯资源量计算单元，在所述边界内，分析与瓦斯含量相关的因素，将具有相同或相近瓦斯赋存特征的区域划为一个瓦斯资源量计算单元；计算单元的面积，分别计算出所述计算单元的面积；确定煤层有效厚度，通过勘测数据确定去除夹矸厚度的有效煤层厚度；确定煤的质量密度，通过勘测数据确定煤的真密度或视密度作为煤的质量密度；

确定煤层的平均瓦斯含量，在所述计算单元内，确定单位质量的煤炭中瓦斯的平均体积含量；

计算瓦斯资源量，根据所述单元面积、煤层有效厚度、煤的质量密度以及所述瓦斯含量计算出瓦斯资源量；

其特征在于，

在确定瓦斯含量的过程中，根据煤层实测瓦斯含量和依据瓦斯涌出量反演出的瓦斯含量，建立所述瓦斯含量和影响所述瓦斯含量的主控地质因素之间的数学模型，并使用该数学模型，计算出所述瓦斯资源量计算单元中的平均瓦斯含量；并且

在所述资源量的计算中，采用所述平均瓦斯含量来计算所述资源量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用下面的公式通过瓦斯涌出量反演出瓦斯含量：

式中：W—瓦斯涌出量反演的瓦斯含量，m³/t；

k—反演瓦斯含量修正系数；

Q_掘—掘进期间瓦斯涌出总量，m³；

Q_掘抽—掘进期间本煤层瓦斯抽采总量，m³；

Q_回—回采期间瓦斯涌出总量，m³；

Q_回抽—回采期间本煤层瓦斯抽采总量，m³；

W_残—煤层残存瓦斯含量，m³/t；

M—工作面煤炭储量，t。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数学模型的建立，包括如下步骤：

确定主控地质因素，通过分析得到控制所述瓦斯含量的主要地质因素，即主控地质因素；

选择数学模型，以所述主控地质因素为自变量，以所述瓦斯含量作为因变量，选取合适的数学模型；

准备数据，以实际测得的瓦斯含量数据为基础数据，不足部分通过所述瓦斯涌出量反演瓦斯含量的方法获得；

确定模型参数，用所准备的数据确定所述数学模型的参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所选择的数学模型是线性模型。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所选择的数学模型是对数线性模型。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在建立了所述数学模型后，采用面积权衡法确定所述煤层的平均瓦斯含量，包括如下步骤：划分小区，将所述资源量计算单元细分为三个以上面积相等的小区；计算小区平均瓦斯含量，在每个小区选取一定数目的样本点，根据实际测量值或所述数学模型的计算值，确定每个样本点处的瓦斯含量值，将所述小区内所有样本点瓦斯含量的平均值作为小区平均瓦斯含量；确定资源量计算单元的平均瓦斯含量，将所述资源量计算单元中所有的小区平均瓦斯含量的平均值作为所述资源量计算单元的平均瓦斯含量。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，按如下方式计算所述资源量：分别计算各所述计算单元的瓦斯资源量，然后求和得到总的瓦斯资源量，其中，如果所述计算单元内的煤炭储存量已知，那么按下面公式计算瓦斯资源量，

$G_i=M_i\stackrel{\‾}{C_i}$

式中：G_i—第i个计算单元的瓦斯资源量，10⁸m³；

M_i—第i个计算单元的煤炭储量，10⁸t；

—第i个计算单元内的平均瓦斯含量，m³/t；

如果所述计算单元的煤炭储存量未知，那么按下面公式计算瓦斯资源量，

$G_i={0.01A}_i\stackrel{\‾}{D_i}\stackrel{\‾}{C_i}$

式中：A_i—第i个计算单元的面积，km²；

—第i个计算单元的煤层平均视密度，t/m³；

—第i个计算单元内的平均瓦斯含量，m³/t。

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