㈠ 研究方法
1.資料收集與分析
系統收集研究區區域地質資料、煤炭地質資料、煤層氣地質資料、煤層氣生產開發資料(鑽井、測井、煤岩、壓裂、排采等相關資料)及研究成果。通過資料分析,為研究區內煤田構造、含煤地層與煤層特徵、煤變形與構造煤、煤岩煤質以及煤層氣井煤粉產出影響因素研究提供資料基礎。
圖1-1 技術路線圖
2.礦井調查及煤岩樣品採集
充分利用地質學研究方法,開展野外地質調查和礦井地質調查,運用煤田地質學、構造地質學、沉積學的野外工作方法,觀察研究區的煤層宏觀結構構造特徵,研究煤田構造、含煤沉積與煤層特徵、煤變形與構造煤、煤岩等,系統採集煤岩樣品,為煤岩測試分析和煤粉產出物理模擬實驗提供樣品。
3.現場監測及煤粉樣品採集
選擇不同井型、不同排采工藝、不同排采條件的典型煤層氣生產井,對煤粉產出液進行長期、連續地觀察、描述和監測煤粉產出情況及特徵,獲得煤層氣生產井排采工藝、排采參數和煤粉產出的實際資料,用煤粉濃度測試儀測試煤粉液樣中煤粉濃度,系統採集煤粉樣品,為煤粉測試分析提供原始樣品。
4.室內測試分析
對研究區的煤岩樣品和煤粉樣品進行室內測試分析,包括煤岩的工業分析和元素分析,用顯微光度計測定煤岩樣品的反射率,用光學顯微鏡對煤岩樣品和煤粉樣品進行煤岩顯微組分定量分析,用掃描電鏡對煤岩樣品和煤粉樣品進行形態特徵和結構構造分析,用X射線衍射儀對煤粉樣品進行無機礦物成分分析,採用激光粒度分析儀對煤粉粒度進行分析等。研究產出的煤粉與煤岩之間的關系,從煤粉的粒度、形態、成分等方面描述煤粉產出特徵,研究煤粉的來源和成因。
5.物理模擬實驗研究
針對不同煤岩樣品,在不同排采條件下,進行煤粉產出的物理模擬實驗。模擬煤層氣生產過程中不同排采條件下圍壓和驅替流速的改變對煤粉產出的影響。模擬相同排采條件下,具有不同煤岩組分和不同煤體結構的煤岩樣品對煤粉產出的影響。模擬不同粒度和不同成分的煤粉在不同流速下的運移情況,揭示煤層氣排采過程中煤粉在煤儲層、井筒和排采系統中的運移規律。
6.測井資料分析與煤體結構解釋
利用煤田地質勘探鑽孔和煤層氣井的測井資料,分析不同煤體結構煤在不同類型的測井曲線上的響應特徵,利用測井曲線組合特徵解釋研究區內煤層氣井主採煤層的煤體結構,揭示煤層氣井煤層特性及不同煤體結構煤的分布情況。
7.圖件編制
利用排采日報中的數據,結合監測煤粉濃度數據,繪制煤粉濃度與排采參數關系的曲線圖,分析煤粉產出與排采參數之間的關系。運用測井曲線對煤層的煤體結構進行識別,統計各個煤層的煤體結構解釋結果,編制各煤層煤體結構類型分布圖,結合現場煤層氣井煤粉產出情況,分析煤體結構對煤粉產出的影響,預測煤層氣井煤粉的產出情況。
8.綜合分析
綜合分析煤礦井下觀察到的煤層現象、測井解釋結果、室內測試數據、物理模擬實驗數據及現場監測數據,從煤層自身特徵和工程擾動及其耦合效應入手,分析韓城區塊煤層氣井煤粉產出的影響因素,研究煤粉的成因機制,查明煤粉產出的主控因素,揭示煤粉產出規律,提出合理的管控措施。
㈡ 煤粉細度如何測量
使用等速取樣槍等設備取出煤粉，通過振篩機上放置不同大小的篩網，進行篩分，留在篩網上的煤粉占總重的百分比，就是煤粉細度數值，篩網尺寸，比如90，就是R90=細度數值。
㈢ 煤粉細度如何測量
一）細度檢測的准確性
如何才能提高粉煤灰檢測的准確性呢？
（1）在對粉煤灰進行細度檢測前要先放置在105～110℃環境下烘乾至恆重，然後冷卻至室溫備用。
（2）使用的稱量天平精確度不超過0.01g。再次，使用篩分粉煤灰後要對45μm的方孔篩進行校正，其修正系數為0.8～1.2，如果超出修正系數范圍，則要對試驗篩進行更換，同時做好清洗。
（3）經常對噴嘴上口和篩網之間的距離進行檢查，確認其處在2～8mm的范圍內，如果距離過小，將使篩網嚴重磨損，而距離過大會使壓力降低。
（4）篩分粉煤灰時，要將負壓值維持在4～6MPa范圍內，同時篩座要能靈活轉動，並輕敲擊篩蓋，防止篩蓋吸附大量樣品，篩析完成後，對篩余物進行觀察，當有黏篩現象發生時，要用毛刷進行處理，然後繼續篩析1～3min，到篩分完全為止。
（5）在日常管理中對負壓篩實際密封情況進行定期檢查，並做好收塵布袋的清理，避免因堵塞而造成壓力下降。
2 異常粉煤灰檢測方法分析
2.1氨味問題的檢測方法
在對異常粉煤灰的氨氣問題進行檢測時，主要經歷以下幾個步驟：首先，檢驗人員要嚴格將溫度控制在18℃～22℃之間，並且對實驗裝置的氣密性進行檢查；其次，檢驗人員要定量稱取粉煤灰5.00g，並且准備500mL的0.1mol/L氫氧化鈉溶液；第三，檢驗人員要將二者分別加入錐形瓶和分液漏洞中，然後對測量管和平衡管的高度進行調節，使其與液面保持平衡，然後對計量數據V1進行准確記錄；第四，檢驗人員要對分液漏洞的閥門進行調整，從而使粉煤灰充分混合在氫氧化鈉溶液中，並用電磁攪拌器混合均勻；第五，檢驗人員需要再次對測量管和平衡管的高度進行調節，從而保障與液面的一致性，再次准確讀取數據V2；第六，根據以下公式對單位氣體釋放量進行計算：c=(V2－V1)/m。最終測量出普通粉煤灰的單位氣體釋放量均為0，而F4號異常粉煤灰的單位氣體釋放量為5.46mL/g，F5號異常粉煤灰的單位氣體釋放量為0.50mL/g。
2.2膨脹問題的檢測方法
在對異常粉煤灰的膨脹問題進行檢測時，主要經歷以下幾個步驟：首先，檢驗人員要選用摻有30%粉煤灰的基準水泥，然後根據0.5的固定水膠比制備水泥凈漿；其次，檢驗人員要准備質量為48g～52g的玻璃板和長、寬、高分別為100mm的試模，並且將水泥凈漿注入到試模中，一直到另一側溢出試模邊緣2mm，再用濕潤的棉布覆蓋在上方；第三，檢驗人員用千分表讀取加水攪拌時的數據，最後用以下公式計算出檢測結果：c=（h1－h0）/100×100%，最後可知普通煤粉灰性能正常，而F4和F5的豎向膨脹率均達到0.20%以上。
㈣ 煤礦粉塵濃度的測定
國標：煤礦作業場所粉塵接觸濃度管理限值判定標准如下：
粉塵種類 游離SiO2含量（%） 呼吸性粉塵濃度（mg/m3）
煤塵 ≤5 5.0
岩塵 5～10 2.5
10～30 1.0
30～50 0.5
≥50 0.2
水泥塵 ＜10 1.5
煤塵（游離SiO2 含量<10%) Coal st(free SiO2<10%)
總塵 4 6
呼塵 2.5 3.5以上是煤礦粉塵標准測定煤礦粉塵濃度使用粉塵檢測儀
㈤ 煤粉產出濃度規律
利用煤粉濃度色度法,對韓城區塊煤層氣井進行煤粉濃度監測,結合煤層氣生產劃分的排水降壓階段、起套壓階段、放產階段和穩定產氣階段4個階段,分析不同煤層氣生產階段,煤層氣井排采中產出煤粉濃度的變化規律。
1.排水降壓階段
該階段地層中流體的流動形式為地層水的單相流,煤層氣處於吸附狀態,地層孔隙被地層水飽和。隨著地層水的排出,煤儲層壓力逐漸降低,但高於臨界解吸壓力。由於地層水的黏度和密度較低,其黏滯力和攜煤粉能力有限。該階段地層沒有進行大面積泄壓,煤岩受應力變化的影響較小,其產出的煤粉主要是由工程造成的煤粉,該部分煤粉的粒度分布范圍較廣。由於該階段排水量大,產出煤粉量大,但其產出煤粉濃度並不高,該階段產出煤粉濃度的平面分布如圖6-10所示。由於研究區內一部分井在斷層附近,導致該階段煤層氣井產出煤粉濃度較高。
2.起套壓階段
隨著地層水持續排出,煤儲層壓力逐漸降低,該階段中煤層氣開始達到解吸狀態。此時,煤儲層中流體運移依然以地層水為主,次為煤層氣。由於煤儲層中煤層氣由吸附狀態轉為解吸運移狀態,產氣量波動較大,導致煤儲層的應力狀態改變,煤體骨架應力失穩。因此,產出煤粉濃度較排水降壓階段增大,並且煤粉濃度的波動較大,該階段產出煤粉濃度的平面分布如圖6-11所示。
圖6-10 韓城區塊排水降壓階段產出煤粉濃度平面分布圖
圖6-11 韓城區塊起套壓階段產出煤粉濃度平面分布圖
3.放產階段
該階段為氣水兩相流階段,包括初始產氣階段和產氣上升階段。初始產氣階段,氣體作為分散相,分布於地層水中。產氣上升階段,隨著儲層壓力的降低,源源不斷解吸出的煤層氣進入裂隙系統,裂縫中的氣體成為連續相,產氣量明顯增大,地層流體表現為典型的氣-液-固三相流,煤粉被氣液兩相流所攜帶排出,該階段產出煤粉濃度較大(圖6-12)。
圖6-12 韓城區塊放產階段產出煤粉濃度平面分布圖
4.穩定產氣階段
該階段煤儲層中流體的流動形式仍為氣液兩相流,但水相的產出已經相當微弱。隨著前兩個階段地層水的大量排出,地層中煤層氣已經實現大面積解吸,地層水經大量排出後產水量明顯降低,產氣量明顯增加,並且產氣量穩定。產出的煤粉粒度較小,產出煤粉量少,但由於產水量少,產出煤粉濃度並不低。該階段井筒中動液面基本已經到達煤層,油套環空中排出的液體體積減小,使得井筒中煤粉的濃度出現高值(圖6-13)(熊先鉞,2014a)。
總之,煤層氣生產井產出煤粉量以起套壓階段和穩產階段最大,對於這兩個階段應積極尋求有效的方法來減少煤粉對煤層氣井生產的影響。由產出煤粉濃度平面分布圖可知,在韓城區塊斷層構造發育區,煤層氣井產出煤粉濃度相對較高,特別是在韓城地區西北斷層比較發育區,產出煤粉濃度比其他區域高出1至2個級別。
㈥ 煤粉濃度測量法
關於煤粉濃度的測量採用了三種方法,最初是精密天平稱重法,該方法操作繁瑣。所以,中國礦業大學(北京)開發了煤粉濃度測試儀,其能較方便精確測量煤粉濃度。但在排采過程中快捷掌握煤層氣井產出煤粉濃度的大致情況,可以利用色度法確定煤粉濃度等級。
1.稱重法
最初採用稱重法對煤粉濃度進行測量。以恆定體積的容器採取煤層氣井產出的含煤粉液體,經液樣過濾、風干後稱重可得到煤粉樣,然後,計算煤粉樣的質量與含煤粉液樣的體積之比,即為煤粉濃度。
2.煤粉濃度測試儀器監測法
由於稱重法對煤粉濃度測量比較繁瑣,中國礦業大學(北京)開發了煤粉濃度測試儀(劉升貴等,2012a),其系統原理如圖4-1所示。該儀器具備測量精度高、穩定性好、使用方便、快捷等優點,儀器響應時間小於2s,濃度測試范圍體積百分數在0～12%,測試精度高達0.01。因此,在煤粉濃度測試儀器開發後,採用煤粉濃度測試儀監測煤粉濃度。
圖4-1 煤粉濃度測試儀系統原理示意圖
3.色度法
為了查明未進行煤粉濃度監測的煤層氣井排采過程中產出煤粉濃度大致情況,制定了煤粉濃度色度法(王安民等,2014)。根據排采日報記錄的煤粉描述及煤粉液樣的顏色差異把煤粉濃度劃分為6個等級(圖4-2),並利用煤粉濃度測試儀對17口煤層氣井排出的煤粉液樣進行監測,定量標定煤粉色度等級(表4-3)。標定的煤粉色度等級與煤粉濃度的對應關系如表4-4所示。
圖4-2 煤粉濃度等級色度法
表4-3 部分煤粉濃度色度等級和定量體積分數
續表
表4-4 煤粉色度等級及對應的體積分數
注:表中「—」表示無標定。
㈦ 作業場所粉塵濃度檢測有哪些常用方法
最常見的就是安裝粉塵濃度監測儀，實時進行粉塵濃度的檢測。
粉塵檢測系統可分為檢測端、顯示報警端和連鎖控制端。其中檢測端為激光粉塵檢測儀，裝於高處用於檢測環境中粉塵含量。顯示端為二次儀表控制器，用於顯示粉塵濃度值及超標報警。聯鎖控制段為控制車間排風、噴淋等安全系統，實現當爆炸粉塵濃度超標時自動啟動安全裝置。AGA6050粉塵儀就可以實現此功能。
㈧ 要用單片機做PM2.5檢測儀，GP2Y1010AU粉塵濃度怎麼測試，只有這個圖，怎麼得到計算公式
通過這個圖可以看出在1.1V到3.2V之間這個區間基本是乘線性關系的。這期間可以採用查表等方式來做出電壓和濃度的對應關系
3.2-3.5V也可以粗略認為是一個小線性對應了3.8-4.5這期間的濃度，4.5約對應3.5V
而3.7V處開始基本上電壓也就不隨濃度變化了。。
㈨ 煤粉濃度特徵分析
目前,韓城區塊煤層氣井主要為直井、定向井以及水平井。根據韓城區塊煤層氣井的排采時間和排采規律的不同,煤層氣井排采被劃分為4個階段,即排水降壓階段、氣水合採階段(包括起套壓階段和放產階段)、穩產階段和衰竭階段(熊先鉞,2014a)。
從表4-5可以看出,在排水降壓階段,直井和定向井煤層氣排采中排出的煤粉濃度小於0.5g/L,而水平井的煤粉濃度大於0.5g/L,甚至超過1g/L。所以,排水降壓階段,直井和定向井煤粉濃度一般小於水平井的煤粉濃度。分析認為,直井和定向井在鑽井過程中鑽具與煤層接觸較少,對煤層破壞影響小,產生煤粉少,但該類型井一般需要下套管射孔壓裂完井,高壓壓裂液在煤層造縫過程中會產生大量煤粉。而水平井的水平段在煤層中進尺較多,鑽具與煤層接觸面積大,產生大量的次生煤粉;水平井煤層裸眼段不下套管,在氣液流的沖蝕作用下,井壁遭受液流的沖蝕作用強且容易失穩坍塌,進而產生大量煤粉。
在氣水合採階段,WL2-005直井排出的煤粉濃度平均達到了2.139g/L,明顯高於同一排采階段的韓3-013井和韓3-032井的煤粉濃度。結合韓城區塊煤層分析發現,WL2-005位於斷層附近(圖4-3),構造作用對煤層產生了破壞,導致該井易產生煤粉。因此,煤體結構(構造破壞)是煤粉產出的首要控制因素(魏迎春等,2013)。
表4-5 煤層氣井煤粉濃度測試表
注:表中「—」表示煤粉量少,未測出。
圖4-3 韓城區塊排采井產出煤粉濃度
選取連續采樣的3口煤層氣井WL1-001井、WL2-008井和韓3-043井為例,對採集的煤粉液樣進行煤粉濃度監測,並結合開發煤層的煤體結構類型進行分析,其濃度范圍及煤體結構類型對比結果如表4-6所示。WL2-008井的煤粉濃度集中在1.7%～2.0%,WL1-001井煤粉濃度集中在2.0%～3.0%,而韓3-043井煤粉濃度則集中在3.3%～3.6%。其中,韓3-043井開采層中Ⅲ類煤(碎粒煤和鱗片煤)厚度達到5.01m,在構造煤厚度和所佔比例上均大於WL1-001井,且WL2-008井Ⅲ類煤不發育。從排出煤粉濃度特徵來看,韓3-043井濃度最大(范圍在3.3%～3.6%),對比煤粉最大濃度與Ⅲ類煤相對厚度(圖4-4),隨Ⅲ類煤(碎粒煤和鱗片煤)在開發層段內所佔比例的增加,產出煤粉濃度逐漸增大,因此,Ⅲ類煤(碎粒煤和鱗片煤)對煤粉產出濃度特徵影響最顯著,Ⅲ類煤的發育程度是影響煤粉產出的重要因素(張曉玉等,2014)。
表4-6 煤體結構類型與濃度對比表
圖4-4 Ⅲ類煤厚度比例與煤粉濃度對比折線圖
㈩ 煙粉塵排放濃度計算方法
1、鍋爐燃燒廢氣排放量的計算，理論空氣需要量（V0）的計算
a. 對於固體燃料，當燃料應用基揮發分Vy>15%（煙煤），計算公式為：V0=0.251 ×QL/1000+0.278[m3(標）/kg]
當Vy<15%（貧煤或無煙煤），
V0=QL/4140+0.606[m3(標）/kg]
當QL<12546kJ/kg（劣質煤）， V0=QL//4140+0.455[m3(標)/kg)
b. 對於液體燃料，計算公式為：V0=0.203 ×QL/1000+2[m3(標）/kg]
c. 對於氣體燃料，QL<10455 kJ/（標）m3時，計算公式為：
V0= 0.209 × QL/1000[m3/ m3]
當QL>14637 kJ/（標）m3時，
V0=0.260 × QL/1000-0.25[m3/ m3]
式中：V0—燃料燃燒所需理論空氣量，m3(標)/kg或m3/m3；
QL—燃料應用基低位發熱值，kJ/kg或kJ/（標）m3。
2、實際煙氣量的計算
a.對於無煙煤、煙煤及貧煤 ：Qy=1.04 ×QL/4187+0.77+1.0161(α-1) V0[m3(標）/kg]
當QL<12546kJ/kg（劣質煤），
Qy=1.04 ×QL/4187+0.54+1.0161(α-1) V0[m3(標）/kg]
b.對於液體燃料 ： Qy=1.11 ×QL/4187+(α-1) V0[m3(標）/kg]
c.對於氣體燃料，當QL<10468 kJ/（標）m3時 ：
Qy=0.725 ×QL/4187+1.0+(α-1) V0(m3/ m3)
當QL>10468 kJ/（標）m3時，
Qy=1.14 ×QL/4187-0.25+(α-1) V0(m3/ m3)
式中：Qy—實際煙氣量，m3(標)/kg;
α —過剩空氣系數， α = α 0+Δ α
(10)用相關函數測量煤粉濃度測量方法擴展閱讀
由於粉塵與其他塊狀固體不同，粉塵是許多細小顆粒的集合體。按照物質密度的定義是單位體積的物質質量，但是粉塵的體積與其他固體物質的體積不同，
粉塵的松體積包括了塵粒的顆粒體積、粉塵粒子之間的空隙體積、某些塵粒外開口和內閉孔及附面膜體積等5部分。由於粉塵體積的這些特徵，構成了3種粉塵密度的概念。
1、粉塵的堆積密度是指每單位粉塵松體積所具有粉塵的質量。即自然堆積狀態下單位體積粉塵的質量。
2、粉塵的真密度是指每單位體積(不包括塵粒內閉孔體積)粉塵顆粒材料所具有的質量。即密實狀態下單位體積粉塵的質量。
3、粉塵的假密度是指每單位粉塵顆粒體積(包括塵粒內閉孔體積)所具有的粉塵的質量。
粉塵密度，是除塵設備選型的依據之一。一般地說，對於密度大的粉塵，可以選用重力除塵器、慣性除塵器和旋風除塵器。而對於密度小的粉塵，採用上述除塵方式則往往沒有好的效果。這是因為粉塵在重力場中和離心力場中沉降時，其沉降速度與塵粒的密度成正比。
擦考資料來源：網路-粉塵
