CN102901801A - 一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，其特征在于是在现有非力学方法实验研究瓦斯气体吸附、解吸和渗透性的基础上，采用由瓦斯气瓶、耐压输气管、阀门、储气罐、干燥剂、压力传感器、解吸罐、正电极、恒温水箱、导线、高压变频电源、真空泵、数据采集卡、计算机、橡胶管、量管和锥形瓶构成的实验装置，将实验煤样放入解吸罐内，利用高压变频电场使得煤的物化性质发生变化和煤中的水份及溶解在水分子中的不同电荷离子发生定向移动，从而游离态和吸附态瓦斯气体增多，解吸性增强。本发明方法与自然煤样瓦斯气体解吸量相比，当高压变频电源输出电压为2kV，频率为40Hz时解吸量平均提高11.42%。
Description
技术领域
本发明属于煤系地层瓦斯抽放实验技术领域，具体涉及一种在高压变频电场作用下提高煤瓦斯气体解吸性的实验方法。
背景技术
山西地区有不少高瓦斯和突出矿井，这些矿井煤层渗透性较差，透气性系数多小于0.1m2/MPa2·d，为较难抽采低渗透煤层。
基于煤层瓦斯的生成、储集和运移机理，对低渗透煤层进行井下增透需要从两方面考虑：1) 促使煤层瓦斯气体解吸，使吸附在煤基质孔裂隙内表面的瓦斯气体尽可能由吸附态转变为游离态，提高瓦斯气体的解吸能力；2) 扩大瓦斯气体的运移通道，使瓦斯气体通过更多的孔裂隙渗透到抽放钻孔。目前，提高瓦斯气体解吸、渗透性的研究方法主要由两大类。一类为力学方法，具体为注水注气驱替、高压水力割缝、爆破致裂、煤层顶板抽放、开采保护层、卸压开采抽放和钻孔抽放等，这些方法对提高煤层瓦斯的解吸、渗透性很有效，且都是利用卸压使低渗透煤体产生变形，解除应力屏障，增大煤层瓦斯的解吸、渗透性，从而起到低渗透煤层井下增透作用；另一类为非力学方法，具体为外加电磁场、电场、温度场、声场和电化学等，这些方法现阶段均为实验室研究，而且外加电磁场和电化学均是实验研究煤层瓦斯气体的吸附、解吸性，外加电场均是实验研究煤层瓦斯气体的渗透性，未见外加电场实验研究瓦斯气体解吸性的相关研究。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足和缺陷，在现有非力学方法实验研究瓦斯气体吸附、解吸和渗透性的基础上，提供一种在高压变频电场作用下提高瓦斯气体解吸性的实验方法。
为达到上述目的，本发明采用如下解决方案：一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，其特征在于：它包含以下步骤：
Ⅰ、采集实验煤样，称取质量为600～1000g，放入解吸罐内；
Ⅱ、连接由瓦斯气瓶、耐压输气管、阀门、储气罐、干燥剂、压力传感器、解吸罐、正电极、恒温水箱、导线、高压变频电源、真空泵、数据采集卡、计算机、橡胶管、量管和锥形瓶构成的实验装置，其中，阀门处于关闭状态，高压变频电源正极连接正电极，高压变频电源负极连接解吸罐外壳，连接线为导线，解吸罐的一端连接阀门，连接线为耐压输气管，另一端连接真空泵，连接线为橡胶管；
Ⅲ、正电极为铜质材料，尺寸为Φ15×3mm，高压陶瓷绝缘；高压变频电源输出电压为2kV～10 kV，频率为10～200Hz；
Ⅳ、开启阀门，对整个实验装置抽真空；关闭阀门，连接量管和锥形瓶，连接线为橡胶管，量管和锥形瓶内盛饱和NaCl水；打开瓦斯气瓶，解吸罐在恒温水箱中保持8h，恒温水箱温度为20℃～65℃，使解吸罐内的瓦斯气体吸附平衡；在0～4MPa范围内，将瓦斯气体压力分为7个实验点，由压力传感器、数据采集卡和计算机采集瓦斯气体压力实验值，由量管和锥形瓶读取该瓦斯气体压力下的瓦斯气体解吸量。
本发明一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，与现有的瓦斯气体解吸实验方法相比较，具有以下突出的实质性特点和显著的效果：
1、本发明一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，其特征在于是一种在高压变频电场作用下提高煤瓦斯气体解吸性的实验方法，该方法是在现有非力学方法提高煤瓦斯气体吸附、解吸和渗透性实验研究的基础上，采用高压变频电场实验研究提高瓦斯气体解吸性的方法；
2、本发明一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，高压变频电场使得煤的物化性质发生变化，镜质组、惰质组和矿物质等显微组分重组，内生裂隙更为发育，产生再生孔裂隙，游离态瓦斯气体增多，解吸性增强；煤中的水份及溶解在水分子中的硅、铝、氧等不同电荷离子在煤内生、再生孔裂隙通道内发生定向移动，阳离子向电场负极方向定向移动，阴离子向电场正极方向定向移动，离子的定向移动带动吸附态瓦斯气体分子定向移动，吸附态瓦斯气体增多，解吸性增强；
3、本发明一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，广泛用于高瓦斯矿井、煤与瓦斯突出矿井提高煤瓦斯气体抽放率和抽放效果等方面。
附图说明
图1、本发明提高瓦斯气体解吸性实验装置示意图。
图中：1. 瓦斯气瓶；2. 耐压输气管；3. 阀门；4. 储气罐；5. 干燥剂；6. 压力传感器；7. 解吸罐；8. 正电极；9. 实验煤样；10. 恒温水箱；11. 导线；12. 高压变频电源；13. 真空泵；14. 数据采集卡；15. 计算机；16. 橡胶管；17. 量管；18. 锥形瓶；19. 饱和NaCl水。
图2、基于本发明得到的在电压为2kV、频率为10KHz和40KHz条件下实验煤样的等温解吸曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的说明。
实施例1：
在某高瓦斯矿井采集3#煤的试验煤样，采用本发明方法对提高其瓦斯气体的解吸性进行实验研究，其步骤为：
Ⅰ、称取制备好的3#煤实验煤样9，质量为600g，放入解吸罐7内；
Ⅱ、按照图1连接实验装置，其中，阀门3处于关闭状态；高压变频电源12正极连接正电极8，高压变频电源12负极连接解吸罐7外壳，连接线为导线11；解吸罐7的一端连接阀门3，连接线为耐压输气管2，另一端连接真空泵13，连接线为橡胶管16；
Ⅲ、正电极8为铜质材料，尺寸为Φ15×3mm，高压陶瓷绝缘；高压变频电源12输出电压为2kV，频率为10 Hz和40Hz；
Ⅳ、开启阀门3，对整个实验装置抽真空；关闭阀门3，连接量管17和锥形瓶18，连接线为橡胶管16，量管17和锥形瓶18内盛饱和NaCl水19；打开瓦斯气瓶1，解吸罐7在温度为20℃～65℃的恒温水箱10中保持8h，使解吸罐7内的瓦斯气体吸附平衡；在0～4MPa范围内，将瓦斯气体压力分为7个实验点，由压力传感器6、数据采集卡14和计算机15采集瓦斯气体压力实验值，由量管17和锥形瓶18读取该瓦斯气体压力下的瓦斯气体解吸量。实验效果良好，与频率为10Hz时的解吸量相比，频率40Hz时解吸量平均提高5.87%。
实施例2：在某高瓦斯矿井采集9#煤的试验煤样，采用本发明方法对提高其瓦斯气体的解吸性进行实验研究，按照图1连接实验装置，高压变频电源12输出电压为0和2kV，频率为0和40Hz。实验效果良好，与自然煤样瓦斯气体解吸量相比，频率40Hz时解吸量平均提高11.42%。其它同实施方式1。
实施例3：在某高瓦斯矿井采集2#煤的试验煤样，采用本发明方法对提高其瓦斯气体的解吸性进行实验研究，按照图1连接实验装置，高压变频电源12输出电压为1kV和4kV，频率为40Hz。实验效果良好，与输出电压为1kV时的解吸量相比，输出电压为4kV时解吸量平均提高7.13%。其它同实施方式1。
Claims (2)
1.一种提高瓦斯气体解吸性的实验方法，其特征在于：它包含以下步骤：
Ⅰ、采集实验煤样，称取质量为600～1000g，放入解吸罐内；
Ⅱ、连接由瓦斯气瓶、耐压输气管、阀门、储气罐、干燥剂、压力传感器、解吸罐、正电极、恒温水箱、导线、高压变频电源、真空泵、数据采集卡、计算机、橡胶管、量管和锥形瓶构成的实验装置，其中，阀门处于关闭状态，高压变频电源正极连接正电极，高压变频电源负极连接解吸罐外壳，连接线为导线，解吸罐的一端连接阀门，连接线为耐压输气管，另一端连接真空泵，连接线为橡胶管；
Ⅲ、高压变频电源输出电压为2kV～10 kV，频率为10～200Hz；
Ⅳ、开启阀门，对整个实验装置抽真空；关闭阀门，连接量管和锥形瓶，连接线为橡胶管，量管和锥形瓶内盛饱和NaCl水；打开瓦斯气瓶，解吸罐在温度为20℃～65℃的恒温水箱中保持8h，使解吸罐内的瓦斯气体吸附平衡；在0～4MPa范围内，将瓦斯气体压力分为7个实验点，由压力传感器、数据采集卡和计算机采集瓦斯气体压力实验值，由量管和锥形瓶读取该瓦斯气体压力下的瓦斯气体解吸量。
2.根据权利要求1所述的提高瓦斯气体解吸性的实验方法，其特征在于：所述的正电极为铜质材料，尺寸为Φ15×3mm，高压陶瓷绝缘。
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