CN105974082A - 一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置。超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置包括位于超级恒温器内的煤样罐，煤样罐与脱气单元、甲烷充气单元和恒压解吸单元相连，煤样罐中放置煤样并通过脱气和甲烷充气达到吸附平衡，在超级恒温器和恒压解吸单元作用下进行恒温恒压解吸，并根据超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法收集数据。本发明能够准确模拟井下瓦斯的超压解吸，更好地认清煤层取芯过程和瓦斯抽采时瓦斯解吸机理，为提高地勘解吸法取芯过程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和预抽瓦斯钻孔的瓦斯抽采能力预测提供研究手段和技术途径，提高矿井瓦斯危险程度预测和瓦斯治理的针对性。

Description

一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置
技术领域
本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置。
背景技术
我国是世界上煤炭产量最大的国家，同时也是世界上煤矿瓦斯问题最为严重的国家之一。瓦斯灾害防治中，煤层瓦斯含量是计算瓦斯储量与瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一，瓦斯含量测值的准确性不仅制约着矿井瓦斯危险程度预测的可靠性，而且影响以瓦斯危险程度预测为依据而制定的瓦斯防治措施的有效性与经济性，甚至可能危及矿井安全生产。
煤层瓦斯含量测定方法根据应用范围分为地勘解吸法和井下解吸法两大类。地勘解吸法测定煤层瓦斯含量由取芯过程煤芯漏失瓦斯量、地面解吸瓦斯测定量和残存瓦斯量构成。其中取芯过程煤样漏失瓦斯量最常用的计算方法是煤样在地面的瓦斯解吸量与解吸时间之间遵循的Q- 关系推算式；由于取芯过程煤芯中的瓦斯解吸是在泥浆介质或水介质中完成的，泥浆压力远大于大气压力，因此，煤芯瓦斯漏失到泥浆中属于超压环境下的瓦斯解吸；而煤样在地面的瓦斯解吸是在空气介质中进行的，两者的介质压力条件差异较大，用煤样在地面的常压瓦斯解吸规律推算提钻过程中的煤样漏失瓦斯量的方法是不合理的，是导致现有地勘解吸法瓦斯含量测值稳定性差准确率偏低的主要原因。
在煤层瓦斯抽采过程中, 钻孔周边煤层的瓦斯压力随着它们至钻孔的距离的加大而增加，不同距离的煤体之间存在压力差，在压力差的作用下瓦斯会由远处煤体向近处煤体流动；当近处煤体瓦斯压力高于大气压力时，远处煤体中的瓦斯向近处煤体流动的过程属于超压环境涌出。因此，要准确预测钻孔的瓦斯抽采量，不但要研究煤体在常压下的瓦斯解吸规律，更要研究煤体在超压环境的瓦斯解吸规律。目前，煤体在超压环境下的瓦斯解吸特征与规律鲜有研究，是一个亟待解决的研究问题。。
因此，为了提高地勘解吸法取芯过程煤芯瓦斯漏失量推算的可靠性，并准确预测抽采钻孔的瓦斯抽采能力，有必要对含瓦斯煤在超压环境下的瓦斯解吸特征与规律进行研究，进一步认清煤层不同条件下的解吸机理，为煤矿的安全生产提供保障。
发明内容
本发明的目的在于设计一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法和装置，为提高地勘解吸法取芯过程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和预抽瓦斯钻孔的瓦斯抽采能力预测提供研究手段和技术途径。
本发明采用的技术方案如下：
一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置，由煤样罐、脱气单元、甲烷充气单元和恒压解吸单元四部分组成；罐盖密封的煤样罐（17）位于恒温器（18）内，煤样罐（17）的罐盖上有两个接口，其中一个接口连接压力表（16），另一个接口通过管路（15）连接恒压解吸单元，管路（15）上设置四通且连通管路（13）和管路（19），管路（13）连接脱气单元，管路（19）连接甲烷充气单元，所述的恒压解吸单元包括以管路（15）连接的密闭腔体（10）、以管路（25）连接的瓦斯解吸仪（26）和以密闭腔体（10）顶部侧接口连接的氮气充气单元，所述管路（15）和（25）在密闭腔体（10）内部通过一段5-10cm的软胶管（8）连接。
进一步，所述的脱气单元由管路连接的真空泵11、阀门12、复合真空计27组成，复合真空计27位于阀门12与煤样罐连接的管路上。
进一步，其特征在于，所述的甲烷充气单元由通过管路19依次连接的阀门20、参考罐21、压力表22、阀门23、甲烷充气罐24组成。
进一步，所述的氮气充气单元由通过管路依次连接氮气充气罐1、阀门4、压力表5、缓冲罐3、阀门4组成。
一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法，按如下步骤进行：
（S1）煤样制备和处理：将煤样粉碎后，筛分成一定粒径的煤样，分成等量的多份，放入干燥箱中干燥处理；
（S2）真空脱气：将处理好的干燥煤样装入解吸实验罐，用脱气单元对煤样罐在60℃下，真空脱气至10 Pa以下；
（S3）吸附平衡：根据所需的吸附平衡压力，充入一定量的甲烷，待吸附平衡后，记录压力表（16）实际吸附平衡压力P1；
（S4）恒压解吸：根据压力需要，通过氮气充气单元向密闭腔体中充入适量氮气以调整密闭腔体内压力，使其达到预定压力P2，使P2等于P1，煤样罐中含瓦斯煤瓦斯开始解吸，当煤样罐中的压力大于 P2时，软胶管张开，解吸出的瓦斯经过管路排出后，通过解吸装置测定解吸瓦斯量，煤样罐内瓦斯压力降低，当煤样罐中的压力小于或者等于P2时，软胶管内外受外界压力差作用再次闭合；
（S5）数据分析：重复（S3）、（S4）实验过程，设置不同模拟温度、不同吸附平衡压力下的含瓦斯煤瓦斯吸附解吸过程，收集解吸数据分析实验结果。
本发明的优点就在于能够准确模拟井下瓦斯的超压解吸，为提高地勘解吸法取芯过程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和预抽瓦斯钻孔的瓦斯抽采能力预测提供研究手段和技术途径，提高矿井瓦斯危险程度预测和瓦斯治理的针对性。
附图说明
图1为本发明的超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置结构图示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明的一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置，使用装置前需要检测超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置的气密性并关闭所有阀门；
在煤样罐1中放入干燥好的煤样，调节超级恒温器的温度至30℃并保温至煤样罐中温度恒定，打开真空泵11、阀门12和阀门29，对煤样罐17进行真空脱气，复合真空计27显示压力降至10Pa以下时，关闭阀门12、29和真空泵11，完成对煤样罐及相连管路的脱气处理；打开阀门23，通过甲烷充气罐24向参考罐21中充入甲烷，关闭阀门23并记录压力表22压力P0（即参考罐21压力），打开阀门20和阀门29，向煤样罐17中充入甲烷气体，关闭阀门20和阀门29，煤样吸附平衡直到压力表16读数不在变化为止，记录显示的数值，即吸附平衡压力为P1；
向密闭腔体中加入水9，使得所加入的水刚好淹没长度为5cm的软胶管8，打开阀门2，通过氮气充气罐1向缓冲罐3充入一定量的氮气，关闭阀门2后打开阀门4和阀门6，向密闭腔体10中通入氮气，使得压力表5显示的压力值与吸附平衡的压力值P1相同，打开阀门7和14，当煤样罐中的压力大于吸附平衡压力值P1时，腔体中的软胶管张开，解吸出的气体可通过软胶管进入瓦斯解吸仪26，完成恒压条件下的解吸测试；
超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法，利用上述超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，按照如下步骤进行：
（S1）煤样制备和处理：将煤样粉碎后，筛分成一定粒径的煤样，分成等量的多份，放入干燥箱中干燥处理；
（S2）真空脱气：将处理好的干燥煤样装入解吸实验罐，用脱气单元对煤样罐在30℃，真空脱气至10 Pa以下；
（S3）吸附平衡：根据所需的吸附平衡压力，充入一定量的甲烷，待吸附平衡后，记录压力表（16）实际吸附平衡压力P1；
（S4）恒压解吸：根据压力需要，通过氮气充气单元向密闭腔体中充入适量氮气以调整密闭腔体内压力，使其达到预定压力P2，使P2等于P1，煤样罐中含瓦斯煤瓦斯开始解吸，当煤样罐中的压力大于 P2时，软胶管张开，解吸出的瓦斯经过管路排出后，通过解吸装置测定解吸瓦斯量，煤样罐内瓦斯压力降低，当煤样罐中的压力小于或者等于P2时，软胶管内外受外界压力差作用再次闭合；
（S5）数据分析：重复（S3）、（S4）实验过程，设置不同模拟温度、不同吸附平衡压力下的含瓦斯煤瓦斯吸附解吸过程，收集解吸数据分析实验结果。

Claims (5)

1.一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置，其特征在于，由煤样罐、脱气单元、甲烷充气单元和恒压解吸单元四部分组成；罐盖密封的煤样罐（17）位于恒温器（18）内，煤样罐（17）的罐盖上有两个接口，其中一个接口连接压力表（16），另一个接口通过管路（15）连接恒压解吸单元，管路（15）上设置四通且连通管路（13）和管路（19），管路（13）连接脱气单元，管路（19）连接甲烷充气单元，所述的恒压解吸单元包括以管路（15）连接的密闭腔体（10）、以管路（25）连接的瓦斯解吸仪（26）和以密闭腔体（10）顶部侧接口连接的氮气充气单元，所述管路（15）和（25）在密闭腔体（10）内部通过一段5-10cm的软胶管（8）连接。
2. 根据权利要求1所述的超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，其特征在于，所述的脱气单元由管路（13）连接的真空泵（11）、阀门（12）、复合真空计（27）组成，复合真空计（27）位于阀门（12）与煤样罐（17）连接的管路上。
3.根据权利要求1所述的超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，其特征在于，所述的甲烷充气单元由通过管路（19）依次连接的阀门（20）、参考罐（21）、压力表（22）、阀门（23）、甲烷充气罐（24）组成。
4.根据权利要求1所述的超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，其特征在于，所述的氮气充气单元由通过管路（28）依次连接阀门（6）、压力表（5）、阀门（4）、缓冲罐（3）、阀门（2）、氮气充气罐（1）组成。
5.一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法，其特征在于，按如下步骤进行：
（S1）煤样制备和处理:将煤样粉碎后，筛分成一定粒径的煤样，分成等量的多份，放入干燥箱中干燥处理；
（S2）真空脱气：将处理好的干燥煤样装入解吸实验罐，用脱气单元对煤样罐在60℃下，真空脱气至10 Pa以下；
（S3）吸附平衡：根据所需的吸附平衡压力，充入一定量的甲烷，待吸附平衡后，记录压力表（16）实际吸附平衡压力P1；
（S4）恒压解吸：根据压力需要，通过氮气充气单元向密闭腔体中充入适量氮气以调整密闭腔体内压力，使其达到预定压力P2，使P2等于P1，煤样罐中含瓦斯煤瓦斯开始解吸，当煤样罐中的压力大于 P2时，软胶管张开，解吸出的瓦斯经过管路排出后，通过解吸装置测定解吸瓦斯量，煤样罐内瓦斯压力降低，当煤样罐中的压力小于或者等于P2时，软胶管内外壁在压力差作用下再次闭合；
（S5）数据分析：重复（S3）、（S4）实验过程，设置不同模拟温度、不同吸附平衡压力下的含瓦斯煤瓦斯吸附解吸过程，收集解吸数据分析实验结果。
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