本發(fā)明涉及一種煤層氣體來源辨識的方法，具體是一種基于氧同位素檢測的采空區(qū)CO來源辨識方法。

背景技術(shù)：

煤炭自燃是煤炭開采、儲運過程中存在的一種自然災(zāi)害。由于煤炭從自熱升溫到自燃這個過程中，會產(chǎn)生多種氣體，因此國內(nèi)外常用指標(biāo)氣體分析法來預(yù)測煤自燃，其中最具廣泛采用的氣體為CO。但近來在國內(nèi)部分礦井中發(fā)現(xiàn)CO氣體涌出異常，而且并沒有伴隨煤自燃的發(fā)生，如何界定CO的來源成為了廣大學(xué)者的研究重點。

在中國部分礦井，如寧夏煤業(yè)靈新煤礦、旬耀礦區(qū)西川煤礦、開灤礦區(qū)東歡坨煤礦、靖遠(yuǎn)煤業(yè)大水頭煤礦、大同礦區(qū)塔山煤礦、大雁礦區(qū)大雁二礦、內(nèi)蒙古風(fēng)水溝煤礦等，這些礦井在煤層正常開采時，在工作面及上隅角經(jīng)常檢測到濃度異常的CO氣體，但測試發(fā)現(xiàn)采空區(qū)煤體溫度并不高，未出現(xiàn)任何煤體自燃征兆，這說明CO氣體并不是煤炭自熱產(chǎn)生的，而有可能伴生在煤系地層中，隨生產(chǎn)過程從煤系地層釋放出來。這些原生CO氣體的存在對煤礦準(zhǔn)確預(yù)測及預(yù)報煤炭自燃火災(zāi)的工作造成很大影響，經(jīng)常會因為將原生CO誤認(rèn)為煤炭早期自燃的產(chǎn)物，進而采取了不必要的防火措施，造成了人力物力財力上的浪費，對煤礦的安全生產(chǎn)造成了一定的影響。因此，急需一種準(zhǔn)確探測礦井原生CO賦存的新方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于氧同位素檢測的采空區(qū)CO來源辨識方法，能夠分辨并得出煤層CO氣體中煤氧化生成的CO與原生CO的比重，從而可提高采用CO氣體濃度進行煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，避免產(chǎn)生不必要的防火措施，節(jié)約人力物力財力上的資源。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于氧同位素檢測的采空區(qū)CO來源辨識方法，具體步驟為：

(1)在煤礦中取煤樣真空脫附48h后，將部分煤樣進行煤氧復(fù)合反應(yīng)后其產(chǎn)生的CO氣體進行氧同位素組成測試，即δ¹⁸O測試，最終得到不同溫度下煤氧復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物CO的δ¹⁸O；所述的煤氧復(fù)合反應(yīng)即為在干空氣氣氛中對煤樣進行程序升溫；

(2)在煤礦煤層中鉆設(shè)一抽采鉆孔，對該抽采鉆孔進行封孔連接抽采管路進行抽采，然后每隔1天通過抽采管路取氣樣進行CO氣體的δ¹⁸O測試，直至δ¹⁸O穩(wěn)定不變；此時由于施工進入煤層內(nèi)的外來CO氣體已被排出，穩(wěn)定的δ¹⁸O即為煤層原生CO的氧同位素組成；

(3)對步驟(1)中另一部分煤樣進行煤絕氧反應(yīng)后其產(chǎn)生的CO氣體進行氧同位素組成測試，即δ¹⁸O測試，最終得到煤絕氧反應(yīng)產(chǎn)物CO的δ¹⁸O；然后將該δ¹⁸O與步驟(2)得到的δ¹⁸O進行對照，由于煤層中CO和絕氧反應(yīng)生成的CO中的O均來源于成煤時期，故兩種CO氣體δ¹⁸O理論相等，但受到各種外在因素干擾，兩者的實際測量值會有不同，為了減少誤差，取兩者平均值確定為最終的煤層原生CO氣體δ¹⁸O，記為A；所述煤絕氧反應(yīng)即為在氬氣氣氛中對煤樣進行程序升溫；

(4)在煤礦工作面上隅角取氣樣測試CO的δ¹⁸O，記為B，測定上隅角的標(biāo)志性氣體成分(如C₂H₆、C₂H₄、C₃H₆等)確定采空區(qū)內(nèi)部溫度；根據(jù)步驟(1)的δ¹⁸O測試結(jié)果，可確定該溫度下對應(yīng)的煤氧復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物CO的δ¹⁸O，記為C；若B＝C，則煤層中無原生CO，CO氣體均來源于煤氧復(fù)合反應(yīng)；若B＝A，則上隅角CO氣樣均來源于原生CO，煤未與氧氣反應(yīng)生成CO，不進行步驟(6)濃度檢測；若A>B>C，則可確定上隅角CO為煤氧化生成與原生CO混合而成；

(5)根據(jù)步驟(4)中若得出的結(jié)論為上隅角CO氣體為煤氧化生成與原生CO混合而成，可推算得出上隅角產(chǎn)生的CO氣體中原生態(tài)所占的體積分?jǐn)?shù)為：而煤氧化生成的CO氣體所占體積分?jǐn)?shù)為：

(6)在煤礦采用CO氣體濃度預(yù)測煤炭自燃時，先設(shè)定CO氣體的臨界濃度值，然后根據(jù)步驟(4)判斷結(jié)果，若煤層中CO氣體均來源于煤氧復(fù)合反應(yīng)，則實時測得上隅角CO氣體濃度為D ppm，即全部為氧化生成的CO氣體濃度，并與設(shè)定的CO氣體臨界濃度值進行比對；若煤層中CO氣體為煤氧化生成與原生CO混合而成，則實時測得上隅角CO氣體濃度為D ppm，其中由氧化生成的CO氣體濃度為將該濃度值與設(shè)定的CO氣體臨界濃度值進行比對；根據(jù)檢測的濃度值是否超過設(shè)定的臨界濃度值對煤礦進行煤體自燃的預(yù)測工作。

進一步，所述設(shè)定的CO氣體臨界濃度值為24ppm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用測量煤層中CO氣體內(nèi)氧同位素組成比例的方式，從而得出該CO氣體內(nèi)煤氧化生成的CO與原生CO的比重，剔除原生CO氣體造成的干擾，從而可提高采用CO氣體濃度進行煤炭自燃預(yù)測的準(zhǔn)確性，避免產(chǎn)生不必要的防火措施，節(jié)約人力物力財力上的資源。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中含原生CO礦井采空區(qū)CO來源測試流程圖；

圖2是本發(fā)明中抽采鉆孔測量煤層原生CO氧同位素示意圖。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明具體步驟為：

(1)在煤礦中取煤樣真空脫附48h后，將部分煤樣進行煤氧復(fù)合反應(yīng)后其產(chǎn)生的CO氣體進行氧同位素組成測試，即δ¹⁸O測試，最終得到不同溫度下煤氧復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物CO的δ¹⁸O；所述的煤氧復(fù)合反應(yīng)即為在干空氣氣氛中對煤樣進行程序升溫；

(2)在煤礦煤層中鉆設(shè)一抽采鉆孔，對該抽采鉆孔進行封孔連接抽采管路進行抽采，然后每隔1天通過抽采管路取氣樣進行CO氣體的δ¹⁸O測試，直至δ¹⁸O穩(wěn)定不變；此時由于施工進入煤層內(nèi)的外來CO氣體已被排出，穩(wěn)定的δ¹⁸O即為煤層原生CO的氧同位素組成；

(3)對步驟(1)中另一部分煤樣進行煤絕氧反應(yīng)后其產(chǎn)生的CO氣體進行氧同位素組成測試，即δ¹⁸O測試，最終得到煤絕氧反應(yīng)產(chǎn)物CO的δ¹⁸O；然后將該δ¹⁸O與步驟(2)得到的δ¹⁸O進行對照，由于煤層中CO和絕氧反應(yīng)生成的CO中的O均來源于成煤時期，故兩種CO氣體δ¹⁸O理論相等，但受到各種外在因素干擾，兩者的實際測量值會有不同，為了減少誤差，取兩者平均值確定為最終的煤層原生CO氣體δ¹⁸O，記為A；所述煤絕氧反應(yīng)即為在氬氣氣氛中對煤樣進行程序升溫；

(4)在煤礦工作面上隅角取氣樣測試CO的δ¹⁸O，記為B，測定上隅角的標(biāo)志性氣體成分(如C₂H₆、C₂H₄、C₃H₆等)確定采空區(qū)內(nèi)部溫度；根據(jù)步驟(1)的δ¹⁸O測試結(jié)果，可確定該溫度下對應(yīng)的煤氧復(fù)合反應(yīng)產(chǎn)物CO的δ¹⁸O，記為C；若B＝C，則煤層中無原生CO，CO氣體均來源于煤氧復(fù)合反應(yīng)；若B＝A，則上隅角CO氣樣均來源于原生CO，煤未與氧氣反應(yīng)生成CO，不進行步驟(6)濃度檢測；若A>B>C，則可確定上隅角CO為煤氧化生成與原生CO混合而成；

(5)根據(jù)步驟(4)中若得出的結(jié)論為上隅角CO氣體為煤氧化生成與原生CO混合而成，可推算得出上隅角產(chǎn)生的CO氣體中原生態(tài)所占的體積分?jǐn)?shù)為：而煤氧化生成的CO氣體所占體積分?jǐn)?shù)為：

(6)在煤礦采用CO氣體濃度預(yù)測煤炭自燃時，先設(shè)定CO氣體的臨界濃度值，然后根據(jù)步驟(4)判斷結(jié)果，若煤層中CO氣體均來源于煤氧復(fù)合反應(yīng)，則實時測得上隅角CO氣體濃度為D ppm，即全部為氧化生成的CO氣體濃度，并與設(shè)定的CO氣體臨界濃度值進行比對；若煤層中CO氣體為煤氧化生成與原生CO混合而成，則實時測得上隅角CO氣體濃度為D ppm，其中由氧化生成的CO氣體濃度為將該濃度值與設(shè)定的CO氣體臨界濃度值進行比對；根據(jù)檢測的濃度值是否超過設(shè)定的臨界濃度值對煤礦進行煤體自燃的預(yù)測工作。

進一步，所述設(shè)定的CO氣體臨界濃度值為24ppm。