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：

煤炭自燃是煤炭開采、儲運過程中存在的一種自然災害。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，因此國內外常用指標氣體分析法來預測煤自燃，其中最具廣泛采用的氣體為CO。但近來在國內部分礦井中發(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、內蒙古風水溝煤礦等，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確預測及預報煤炭自燃火災的工作造成很大影響，經(jīng)常會因為將原生CO誤認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，急需一種準確探測礦井原生CO賦存的新方法。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的問題，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測的準確性，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合反應后其產(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合反應產(chǎn)物CO的δ¹⁸O；所述的煤氧復合反應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，測定上隅角的標志性氣體成分(如C₂H₆、C₂H₄、C₃H₆等)確定采空區(qū)內部溫度；根據(jù)步驟(1)的δ¹⁸O測試結果，可確定該溫度下對應的煤氧復合反應產(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合反應；若B＝A，則上隅角CO氣樣均來源于原生CO，煤未與氧氣反應生成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)所占的體積分數(shù)為：而煤氧化生成的CO氣體所占體積分數(shù)為：

(6)在煤礦采用CO氣體濃度預測煤炭自燃時，先設定CO氣體的臨界濃度值，然后根據(jù)步驟(4)判斷結果，若煤層中CO氣體均來源于煤氧復合反應，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定的臨界濃度值對煤礦進行煤體自燃的預測工作。

進一步，所述設定的CO氣體臨界濃度值為24ppm。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用測量煤層中CO氣體內氧同位素組成比例的方式，從而得出該CO氣體內煤氧化生成的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測的準確性，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合反應后其產(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合反應產(chǎn)物CO的δ¹⁸O；所述的煤氧復合反應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，測定上隅角的標志性氣體成分(如C₂H₆、C₂H₄、C₃H₆等)確定采空區(qū)內部溫度；根據(jù)步驟(1)的δ¹⁸O測試結果，可確定該溫度下對應的煤氧復合反應產(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合反應；若B＝A，則上隅角CO氣樣均來源于原生CO，煤未與氧氣反應生成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)所占的體積分數(shù)為：而煤氧化生成的CO氣體所占體積分數(shù)為：

(6)在煤礦采用CO氣體濃度預測煤炭自燃時，先設定CO氣體的臨界濃度值，然后根據(jù)步驟(4)判斷結果，若煤層中CO氣體均來源于煤氧復合反應，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定的臨界濃度值對煤礦進行煤體自燃的預測工作。

進一步，所述設定的CO氣體臨界濃度值為24ppm。