CN105628549B - 一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法，它包括：将煤样罐、电子压力表、三通阀、气体管路、气样袋进行连接，三通阀分别连接煤样罐、气样袋、解吸量筒；连接好的仪器外设置一台可以调整高度的高速摄像机，该摄像机镜头与解吸量筒液面时刻保持持平。本发明由于增加了高速摄像机，气样袋，因此，能够精确地记录气体开始解吸时间，记录煤中气体解吸规律，使其更加科学和合理，从而提高了煤中瓦斯含量测定的准确性。

Description

一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法
技术领域
本发明涉及一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法，属于煤矿瓦斯开采利用及灾害防治领域。
背景技术
我国瓦斯气体资源极为丰富, 具有巨大的开发利用前景。瓦斯含量是判断煤与瓦斯突出的重要指标之一，其值的准确性直接影响到煤层瓦斯储量计算、瓦斯涌出量预测、瓦斯地质评价、瓦斯治理及经济价值。大量研究结果表明, 煤田地质勘探时期和煤层气地质勘探时期测得的瓦斯含量要低于实际储层中的瓦斯含量。一些地勘时期设计的低瓦斯矿井在建井投产后，转变为高瓦斯矿井或高瓦斯突出矿井，且随着开采深度的加大，瓦斯超标现象日益突出，瓦斯灾害频发。且以地勘时期勘探的瓦斯含量为依据所做的矿井通风设计远不能满足安全生产需求，以上现象普遍认为是由于瓦斯含量估算偏低造成的。
现有煤层瓦斯含量测定方法有间接法和直接法, 间接法需测定煤层瓦斯压力、吸附常数等，而压力测定又受地质条件限制, 不易实现。直接法测定煤层瓦斯含量主要有地勘取芯和井下煤屑解吸法。井下煤屑解吸是当前普遍采用的方法，该方法需要井下打钻取样，井下解吸及实验室测定等步骤，测定工艺复杂。通过该方法测定的瓦斯含量包括：井下解吸瓦斯量、钻孔损失瓦斯量、地面解吸量、粉碎解吸量和常温、常压下不可解吸瓦斯量五部分，除钻孔损失瓦斯量，其余瓦斯含量是在实验室测定得到的。钻孔损失瓦斯量是通过井下瓦斯解吸数据解吸规律，采用经验公式推算得到的，虽然瓦斯损失量公式很多，但是针对每个区域，每个矿区，推算公式都不能一概而论，每个矿区根据煤层结构及其他因素的不同，其瓦斯损失量计算公式也会不尽相同。由上述描述可知，直接法不仅测定工艺复杂，且解吸初期瓦斯放散速度很大，故其中的损伤瓦斯量受解吸规律的准确性及取样时间的影响，其推算的准确性，对瓦斯含量的总值有很重要的影响。
作为煤层突出危险性预测的主要指标之一。而间接法测定煤层瓦斯含量方法需要在井下实测煤层真实瓦斯压力，在实验室测定单一粒径煤样的吸附常数（a、b值）、孔隙率、灰份、水份等数据，通过计算确定煤层瓦斯含量，因不同矿区、不同煤层，煤样在相同力作用下的破碎程度不同，采用单一粒径煤样测定煤层瓦斯含量不能反应所测煤层瓦斯含量真实值。
发明内容
本发明旨在提供一种操作简单、可靠性强、准确度高的煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法。
本发明提供的一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法，包括以下步骤：
步骤一：连接仪器：
将煤样罐、电子压力表、三通阀、气体管路、气样袋进行连接，三通阀分别连接煤样罐、气样袋、解吸量筒；连接好的仪器外设置一台可以调整高度的高速摄像机，上述装置中，电子压力表用来准确记录气体平衡压力P1；气样袋用于存储实验开始阶段煤样罐释放出的高压游离瓦斯及部分吸附瓦斯，并结合剩余体积及平衡压力，计算得出解吸开始时未进入解吸量筒的解吸瓦斯量，用于实验结果的校正气样袋的存在避免了损失量的产生；高速摄像机用来准确记录操作步骤及每次操作的准确时间，该摄像机可以精确到秒，时刻保证摄像机镜头与解吸量筒液面持平，可准确记录量筒内瓦斯解吸量QtL随时间t的变化关系，尤其是前1min内解吸量的精确值，这对预测煤与瓦斯突出有一定指导意义。
步骤二：测定解吸曲线：实验开始前，测定煤样罐始空间Qs，记录当地室温Ts，大气压P0，水浴温度T；实验开始时打开高速摄像机，记录煤样罐中瓦斯吸附平衡压力Py，将三通阀连接煤样罐，快速打开煤样罐阀门，使气体进入气样袋中，此刻时间记为t1；待压力表读数变为0时，快速将三通阀连通解吸量筒，此时刻时间记为t2，得出高速摄像机解吸量QtL随时间t的变化关系。
步骤三：数据处理：t2- t1时间段内进入气样袋内的瓦斯量Q即为煤样罐吸附平衡时的游离瓦斯量Qy及打开煤样罐瞬间吸附瓦斯解吸量Qj，其中Qy=Qs·Ts·Py/(T·P0)，故Qj=Q-Qy，
则打开煤样罐后各时刻瓦斯解吸量Qt=QtL+Qj，采用理想气体状态方程将其转化为标况下（温度记为Tb，压力记为Pb）的瓦斯解吸量Qbt则满足：Qbt=Qt·Tb·P0/(Ts·Pb)。
本发明涉及实验室模拟可解吸瓦斯含量直接测定方法，提出完善解吸法测定煤层瓦斯含量推算损失量的新方法, 以期为煤层气勘探开发和煤矿安全通风设计提供可靠的数据。
本发明的有益效果：
由于增加了高速摄像机、三通阀、气样袋，因此，能够避免损失气体的产生，能够精确地记录气体开始解吸时间，记录煤中气体解吸规律，使其更加科学和合理，从而提高了煤中瓦斯含量测定的准确性。
附图说明
图1 为本发明直接快速全自动测定方法的仪器连接示意图。
图中1为压力表，2为煤样罐，3为气样袋，4为解吸量筒，5为恒温水浴，6为高速摄像机，7为三通阀。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法：包括以下步骤：
步骤一：仪器的连接：
将煤样罐2、电子压力表3、三通阀7、气体管路、气样袋3进行连接，三通阀7分别连接煤样罐2、气样袋3、解吸量筒4；上述装置均置于恒温水浴5中，连接好的仪器外设置一台可以调整高度的高速摄像机6，上述装置中，电子压力表1用来准确记录气体平衡压力P1；气样袋3用于存储实验开始阶段煤样罐释放出的高压游离瓦斯及部分吸附瓦斯，并结合剩余体积及平衡压力，计算得出解吸开始时未进入解吸量数据自动采集装置的解吸瓦斯量，用于实验结果的校正气样袋的存在避免了损失量的产生；高速摄像机6用来准确记录操作步骤及每次操作的准确时间，该摄像机可以精确到秒，时刻保证摄像机镜头与解吸量筒液面持平，可准确记录量筒内瓦斯解吸量QtL随时间t的变化关系，尤其是前1min内解吸量的精确值，这对预测煤与瓦斯突出有一定指导意义。连接示意图如图1所示。
步骤二：测定解吸曲线：实验开始前，测定煤样罐始空间Qs,记录当地室温Ts，大气压P0，水浴温度T；实验开始时打开高速摄像机，记录煤样罐中瓦斯吸附平衡压力Py，将三通阀连接煤样罐，快速打开煤样罐阀门，使气体进入气样袋中，此刻时间记为t1。待压力表读数变为0时，快速将三通阀连通解吸量筒，此时刻时间记为t2，高速摄像机解吸量QtL随时间t的变化关系。
步骤三：数据处理：t2- t1时间段内进入气样袋内的瓦斯量Q即为煤样罐吸附平衡时的游离瓦斯量Qy及打开煤样罐瞬间吸附瓦斯解吸量Qj，其中Qy=Qs·Ts·Py/(T·P0)，故Qj=Q-Qy，则打开煤样罐后各时刻瓦斯解吸量Qt=QtL+Qj，采用理想气体状态方程将其转化为标况下（温度记为Tb，压力记为Pb）的瓦斯解吸量Qbt则满足：Qbt=Qt·Tb·P0/(Ts·Pb)，如表1所示为马场矿煤样第一分钟各时刻解吸量，
表1马场矿煤样第一分钟各时刻解吸量
表1所示为马场矿煤样第一分钟各时刻解吸量，采用该装置可以精确的得到解吸初期瓦斯量，由表可知，60s时，其瓦斯解吸量为2.88，该值远大于《防突规范》中第一分钟解吸量K1值的突出临界值0.4，故一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法为预测煤与瓦斯突出具有重要意义。

Claims (1)

1.一种煤层可解吸瓦斯含量的直接快速全自动测定方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：连接仪器：
将煤样罐、电子压力表、三通阀、气体管路、气样袋进行连接，三通阀分别连接煤样罐、气样袋、解吸量筒；连接好的仪器外设置一台可以调整高度的高速摄像机，上述装置中，通过电子压力表记录气体平衡压力P1；气样袋用于存储实验开始阶段煤样罐释放出的高压游离瓦斯及部分吸附瓦斯，并结合剩余体积及平衡压力，计算得出解吸开始时未进入解吸量筒的解吸瓦斯量，用于实验结果的校正气样袋的存在避免了损失量的产生；通过高速摄像机准确记录操作步骤及每次操作的准确时间；
所述高速摄像机记录的时间精确到秒，摄像机镜头与解吸量筒液面持平，准确记录量筒内瓦斯解吸量QtL随时间t的变化关系；
步骤二：测定解吸曲线：实验开始前，测定煤样罐始空间Qs,记录当地室温Ts，大气压P0，水浴温度T；实验开始时打开高速摄像机，记录煤样罐中瓦斯吸附平衡压力Py，将三通阀连接煤样罐，快速打开煤样罐阀门，使气体进入气样袋中，此刻时间记为t1；待压力表读数变为0时，快速将三通阀连通解吸量筒，此刻时间记为t2，得出高速摄像机解吸量QtL随时间t的变化关系；
步骤三：数据处理：t2- t1时间段内进入气样袋内的瓦斯量Q即为煤样罐吸附平衡时的游离瓦斯量Qy及打开煤样罐瞬间吸附瓦斯解吸量Qj，其中Qy=Qs·Ts·Py/(T·P0)，故Qj=Q-Qy，
则打开煤样罐后各时刻瓦斯解吸量Qt=QtL+Qj，采用理想气体状态方程将其转化为标况下的瓦斯解吸量Qbt则满足：Qbt=Qt·Tb·P0/(Ts·Pb)；其中，Tb和Pb分别为标况下的温度和压力。
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