CN104849300A - 煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法，可实现同一煤样在不同瓦斯压力吸附平衡后进行自燃程序升温实验，根据吸附实验时计算机采集的平衡压力，运用Langmuir单分子层吸附理论定量确定某一吸附平衡压力下的瓦斯吸附量，同时煤样在压力P下吸附平衡后，通过调节气体压缩机的出口气体压力使通入空气的压力达到吸附平衡压力P，不间断注入气体，保证罐体内的压力恒定，并运用压力表实时压力监测，在压力恒定不变的情况下，含瓦斯煤体因压力变化而解吸的瓦斯量可忽略不计，消除了由于压力变化因素，最后利用气相色谱仪对储气罐内的气体进行气体成分分析，实现了瓦斯含量对煤自燃特性影响的定量分析。

Description

煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法

技术领域

本发明涉及煤特性研究领域，具体涉及煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法。

背景技术

煤矿进入深部开采，瓦斯和煤自燃灾害更加严重，为实现瓦斯和煤自燃灾害的双重防治，保证井下安全高效生产，探究煤自燃与瓦斯间的关联性成为重中之重，而煤瓦斯含量对煤自燃的影响研究却鲜见报道，确定瓦斯含量对煤自燃的影响规律可有目的、有针对性的进行瓦斯与煤自燃的双重防治，由于煤瓦斯含量受制煤体所处的环境压力，本发明专利可定量的研究瓦斯含量对煤自燃的影响，在进行煤样吸附瓦斯平衡后进行保压情况下煤自燃的程序升温实验，实现了防止煤瓦斯含量因压力变化而解析的重大突破，而且实验仪器操作简单，方便，可在现有的科研研究中应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台及其使用方法，实现煤瓦斯含量对煤自燃特性影响的定量分析，确定不同瓦斯含量下煤样的指标性气体CO的生成温度、生成量，进而为煤矿进行瓦斯和煤自燃的双重防治、确定合理的瓦斯抽采量及防灭火方法提供理论依据。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台，包括可承压煤样罐、恒温箱、脱气装置、吸附装置、注气装置、气体采集装置，所述脱气装置包括真空泵、真空计和第三阀针，所述真空泵、真空计和第三阀针依次相连后连接有气体流量计，所述气体流量计一端连接有可承压煤样罐，所述吸附装置包括甲烷罐、第三压力表、第四针阀、第一安全阀，所述甲烷罐、第三压力表、第四针阀、第一安全阀依次相连后与所述可承压煤样罐相连，所述注气装置包括调节气体压缩机、第一针阀、第一储气罐和第二针阀，所述调节气体压缩机、第一针阀连接后与第一储气罐相连，所述第一储气罐和第二针阀连接后分别与第三阀针、气体流量计相连，所述气体采集装置包括气相色谱仪相、第五针阀、第二储气罐、减压阀和第二安全阀，所述气相色谱仪相、第五针阀、第二储气罐、减压阀和第二安全阀依次相连后与所述可承压煤样罐相连，所述可承压煤样罐内设有两层铜网，所述可承压煤样罐位于所述恒温箱内，所述可承压煤样罐一端连接有压力传感器，所述压力传感器一端连接有计算机。

作为优选，所述恒温箱内设有测温表，所述测温表一端与所述可承压煤样罐相连。

作为优选，所述第一储气罐和第二针阀之间设有第一压力表。

作为优选，所述第二安全阀与可承压煤样罐之间设有第二压力表。

上述的煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台的使用方法如下：

S1、把实验所需粒径的煤样装入可承压煤样罐中，检查气密性后，关闭第二针阀、第一安全阀、第二安全阀，开启第三针阀，对罐中煤样进行脱气，运用真空泵对煤样脱气不少于6个小时，真空计上显示的压力应低于4Pa，保证煤样内部的残存气体完全排出；

S2、关闭第三针阀，开启第一安全阀、第四针阀，甲烷罐向可承压煤样罐中充入一定压力的瓦斯，第三压力表显示甲烷罐内的压力值，计算机通过压力传感器可实时监测煤样罐内部气体的压力，待煤样达到吸附平衡，计算机自动采集系统显示的平衡压力值，并关闭第一安全阀、第四针阀，移除甲烷罐；

S3、对可承压煤样罐内的含瓦斯煤进行自燃性程序升温实验，将煤样装入可承压煤样罐中的铜网上，打开第一针阀、第二针阀、第二安全阀，调节气体压缩机的出气口压力，使压力达到计算机记录的煤样瓦斯吸附平衡压力，然后开始压入新鲜空气，气体经过第一储气罐缓冲作用进入煤样罐，第一压力表可显示第一储气罐内的气体压力，气体流量计显示进入可承压煤样罐的气体流量，通过恒温箱控制可承压煤样罐的温度，第二压力表实时监测煤样罐内的气体压力，可承压煤样罐内流出的高压气体经减压阀降压后流入第二储气罐；

S4、打开第五针阀，由气相色谱仪相检测第二储气罐内的气体成分进行分析，从而完成实验的整个过程。

本发明具有以下有益效果：

实现煤瓦斯含量对煤自燃特性的定量研究，可研究不同瓦斯吸附平衡压力下煤自燃特性参数、特征温度等参数的研究，得出不同瓦斯含量下煤样的指标性气体CO的生成温度、生成量，可为井下进行煤自燃的防治工作提供理论依据和指导。

附图说明

图1为本发明实施例煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例提供了煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台，包括可承压煤样罐10、恒温箱25、脱气装置、吸附装置、注气装置、气体采集装置，所述脱气装置包括真空泵8、真空计7和第三阀针6，所述真空泵8、真空计7和第三阀针6依次相连后连接有气体流量计9，所述气体流量计9一端连接有可承压煤样罐10，所述吸附装置包括甲烷罐19、第三压力表18、第四针阀17、第一安全阀15，所述甲烷罐19、第三压力表18、第四针阀17、第一安全阀15依次相连后与所述可承压煤样罐10相连，所述注气装置包括调节气体压缩机1、第一针阀2、第一储气罐3和第二针阀5，所述调节气体压缩机1、第一针阀2连接后与第一储气罐3相连，所述第一储气罐3和第二针阀5连接后分别与第三阀针6、气体流量计9相连，所述气体采集装置包括气相色谱仪相24、第五针阀23、第二储气罐22、减压阀21和第二安全阀20，所述气相色谱仪相24、第五针阀23、第二储气罐22、减压阀21和第二安全阀20依次相连后与所述可承压煤样罐10相连，所述可承压煤样罐10内设有两层铜网11，所述可承压煤样罐10位于所述恒温箱25内，所述可承压煤样罐10一端连接有压力传感器13，所述压力传感器13一端连接有计算机14。

作为优选，所述恒温箱25内设有测温表12，所述测温表12一端与所述可承压煤样罐10相连。

作为优选，所述第一储气罐3和第二针阀5之间设有第一压力表4。

作为优选，所述第二安全阀20与可承压煤样罐10之间设有第二压力表16。

实施例

S1、把实验所需粒径的煤样装入可承压煤样罐10中，检查气密性后，关闭第二针阀5、第一安全阀15、第二安全阀20，开启第三针阀6，对罐中煤样进行脱气，运用真空泵8对煤样脱气不少于6个小时，真空计7上显示的压力应低于4Pa，保证煤样内部的残存气体完全排出；

S2、关闭第三针阀6，开启第一安全阀15、第四针阀17，甲烷罐19向可承压煤样罐10中充入一定压力的瓦斯，第三压力表18显示甲烷罐19内的压力值，计算机14通过压力传感器13可实时监测煤样罐内部气体的压力，待煤样达到吸附平衡，计算机14自动采集系统显示的平衡压力值，并关闭第一安全阀15、第四针阀17，移除甲烷罐19；

S3、对可承压煤样罐10内的含瓦斯煤进行自燃性程序升温实验，将煤样装入可承压煤样罐10中的铜网11上，打开第一针阀2、第二针阀5、第二安全阀20，调节气体压缩机1的出气口压力，使压力达到计算机14记录的煤样瓦斯吸附平衡压力，然后开始压入新鲜空气，气体经过第一储气罐3缓冲作用进入煤样罐，第一压力表4可显示第一储气罐3内的气体压力，气体流量计9显示进入可承压煤样罐10的气体流量，通过恒温箱25控制可承压煤样罐10的温度，第二压力表16实时监测煤样罐内的气体压力，可承压煤样罐10内流出的高压气体经减压阀21降压后流入第二储气罐22；

S4、打开第五针阀23，由气相色谱仪相24检测第二储气罐22内的气体成分进行分析，从而完成实验的整个过程。

本具体实施可实现同一煤样在不同瓦斯压力吸附平衡后进行自燃程序升温实验，根据吸附实验时计算机采集的平衡压力，运用Langmuir单分子层吸附理论定量确定某一吸附平衡压力下的瓦斯吸附量，同时煤样在压力P下吸附平衡后，通过调节气体压缩机的出口气体压力使通入的N₂、空气的压力达到吸附平衡压力P，不间断注入气体，保证罐体内的压力恒定，并运用压力表实时压力监测，在压力恒定不变的情况下，含瓦斯煤体因压力变化而解吸的瓦斯量可忽略不计，消除了由于压力变化因素，最后利用气相色谱仪对储气罐内的气体进行气体成分分析，实现了瓦斯含量对煤自燃特性影响的定量分析。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台，其特征在于，包括可承压煤样罐(10)、恒温箱(25)、脱气装置、吸附装置、注气装置、气体采集装置，所述脱气装置包括真空泵(8)、真空计(7)和第三阀针(6)，所述真空泵(8)、真空计(7)和第三阀针(6)依次相连后连接有气体流量计(9)，所述气体流量计(9)一端连接有可承压煤样罐(10)，所述吸附装置包括甲烷罐(19)、第三压力表(18)、第四针阀(17)、第一安全阀(15)，所述甲烷罐(19)、第三压力表(18)、第四针阀(17)、第一安全阀(15)依次相连后与所述可承压煤样罐(10)相连，所述注气装置包括调节气体压缩机(1)、第一针阀(2)、第一储气罐(3)和第二针阀(5)，所述调节气体压缩机(1)、第一针阀(2)连接后与第一储气罐(3)相连，所述第一储气罐(3)和第二针阀(5)连接后分别与第三阀针(6)、气体流量计(9)相连，所述气体采集装置包括气相色谱仪相(24)、第五针阀(23)、第二储气罐(22)、减压阀(21)和第二安全阀(20)，所述气相色谱仪相(24)、第五针阀(23)、第二储气罐(22)、减压阀(21)和第二安全阀(20)依次相连后与所述可承压煤样罐(10)相连，所述可承压煤样罐(10)内设有两层铜网(11)，所述可承压煤样罐(10)位于所述恒温箱(25)内，所述可承压煤样罐(10)一端连接有压力传感器(13)，所述压力传感器(13)一端连接有计算机(14)。

2.根据权利要求1所述的煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台，其特征在于，所述恒温箱(25)内设有测温表(12)，所述测温表(12)一端与所述可承压煤样罐(10)相连。

3.根据权利要求1所述的煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台，其特征在于，所述第一储气罐(3)和第二针阀(5)之间设有第一压力表(4)。

4.根据权利要求1所述的煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台，其特征在于，所述第二安全阀(20)与可承压煤样罐(10)之间设有第二压力表(16)。

5.如权利要求1-4任一项所述的煤体瓦斯含量对煤自燃特性影响研究实验台的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、把实验所需粒径的煤样装入可承压煤样罐(10)中，检查气密性后，关闭第二针阀(5)、第一安全阀(15)、第二安全阀(20)，开启第三针阀(6)，对罐中煤样进行脱气，运用真空泵(8)对煤样脱气不少于6个小时，真空计(7)上显示的压力应低于4Pa，保证煤样内部的残存气体完全排出；

S2、关闭第三针阀(6)，开启第一安全阀(15)、第四针阀(17)，甲烷罐(19)向可承压煤样罐(10)中充入一定压力的瓦斯，第三压力表(18)显示甲烷罐(19)内的压力值，计算机(14)通过压力传感器(13)可实时监测煤样罐内部气体的压力，待煤样达到吸附平衡，计算机(14)自动采集系统显示的平衡压力值，并关闭第一安全阀(15)、第四针阀(17)，移除甲烷罐(19)；

S3、对可承压煤样罐(10)内的含瓦斯煤进行自燃性程序升温实验，将煤样装入可承压煤样罐(10)中的铜网(11)上，打开第一针阀(2)、第二针阀(5)、第二安全阀(20)，调节气体压缩机(1)的出气口压力，使压力达到计算机(14)记录的煤样瓦斯吸附平衡压力，然后开始压入新鲜空气，气体经过第一储气罐(3)缓冲作用进入煤样罐，第一压力表(4)可显示第一储气罐(3)内的气体压力，气体流量计(9)显示进入可承压煤样罐(10)的气体流量，通过恒温箱(25)控制可承压煤样罐(10)的温度，第二压力表(16)实时监测煤样罐内的气体压力，可承压煤样罐(10)内流出的高压气体经减压阀(21)降压后流入第二储气罐(22)；

S4、打开第五针阀(23)，由气相色谱仪相(24)检测第二储气罐(22)内的气体成分进行分析，从而完成实验的整个过程。