CN111458260A - 一种煤的瓦斯解吸规律测定装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤的瓦斯解吸规律测定装置、系统及方法，属于煤矿瓦斯含量测定技术领域。测定装置，包括煤样罐，煤样罐内设置有用于盛放煤样的托盘，托盘在煤样罐内升降运动；煤样罐上设置有气口及水口，气口上设置有气阀，水口上设置有水阀；测定系统，包括上述的测定装置，还包括瓦斯气瓶、真空泵及气体解吸器，瓦斯气瓶、真空泵及气体解吸器分别与煤样罐的气口连通；测定方法，使用上述测定装置，包括抽真空、注水、吸附平衡、浸泡及解吸步骤。本发明能够在煤样吸附平衡后将煤样浸入水中，无需再次注入气体，试验准确度高；可有效控制煤样在水中浸泡时间及块煤浸泡体积，进行不同条件下煤体浸水瓦斯解吸试验，适用范围广，方便快捷。

Description

一种煤的瓦斯解吸规律测定装置、系统及方法

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯含量测定技术领域，涉及一种煤的瓦斯解吸规律测定装置、系统及方法。

背景技术

煤矿区瓦斯作为一种高能洁净的能源，其探勘、开发和利用技术越来越受到世界多国的重视。煤炭开采历史悠久，遗留有大量的密闭采空区或废弃矿井，采空区瓦斯地面抽采技术能够充分利用煤层开采的卸压增透效应，避开岩层的剧烈活动期，实现地面井抽采寿命的最大化。煤矿采空区瓦斯来源包括邻近卸压煤层瓦斯、采场煤柱残余瓦斯及采空区内部落煤残余瓦斯等几大类，其中落煤残余瓦斯解吸量是采空区可抽采瓦斯资源的重要组成部分，其估算的准确性直接影响着采空区瓦斯资源量评估结果的可靠性。而采空区遗煤大多存在于潮湿环境，遗落的粉煤及块煤解吸易受水分的影响，而现阶段国内目前关于粉煤以及块煤在不同水淹体积不同吸附平衡压力情况下解吸研究成果较少，不足以支撑采空区瓦斯资源量相关评估参数的准确选取。

因此需要进行含瓦斯粉煤或块煤在不同压力及不同水分情况下解吸规律实验的研究，以了在含水情况下煤样的解吸规律。而现有的瓦斯解吸实验方法针对实际情况存在着以下一些不足：现有的试验装置及试验方法注水时需用气体将水压入，若本身煤样已经吸附平衡了，通过加压注水若加压气体为瓦斯则破坏了原有的吸附平衡压力，不能按照预设情况设定瓦斯吸附平衡压力，若用其他气体则导致原有的平衡被破坏，影响解吸结果。对于块煤瓦斯解吸时，若想进行不同浸泡时间的瓦斯解吸试验，难以精准控制浸泡时间，同时不能做到先吸附平衡后再进行水淹煤体，无法精准控制注水量。

综上所述需要在现有的研究基础上，需要针对粉煤或块煤在不同压力及不同水分情况下的解吸试验的方法及装置进行研究，进一步完善试验方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种煤的瓦斯解吸规律测定装置、系统及方法,能够在保持煤样罐内吸附平衡压力的同时将煤样进行浸泡，提升了解吸结果的测量精度。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

煤的瓦斯解吸规律测定装置，包括煤样罐，所述煤样罐内设置有用于盛放煤样的托盘，所述托盘在所述煤样罐内升降运动；所述煤样罐上设置有气口及水口，所述气口上设置有用于启闭所述气口的气阀，所述水口上设置有用于启闭水口的水阀。

可选地，所述煤样罐与所述托盘之间沿所述托盘的升降方向设置有升降连杆，所述煤样罐上设置有连杆孔，所述升降连杆的一端连接在所述托盘上，所述升降连杆的另一端通过所述连杆孔露出于所述煤样罐，所述升降连杆在所述连杆孔内沿密封滑动。

可选地，还包括注水量筒，所述注水量筒与所述水口密封连接。

可选地，所述托盘上设置有若干托盘孔。

煤的瓦斯解吸规律测定系统，包括如上任一项所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，还包括瓦斯气瓶、真空泵及气体解吸器，所述瓦斯气瓶、所述真空泵及所述气体解吸器分别与煤样罐的气口连通。

可选地，还包括恒温水浴器，煤样罐设置在所述恒温水浴器中，所述恒温水浴器对煤样罐进行恒温水浴加热。

可选地，还包括外加气瓶，所述外加气瓶与煤样罐的气口连通。

可选地，所述瓦斯气瓶及所述气体解吸器分别通过管道与煤样罐连通，所述瓦斯气瓶及所述气体解吸器与煤样罐之间的管道上分别设置有压力传感器。

煤的瓦斯解吸规律测定方法，使用如上任一项所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，包括以下步骤：

抽真空：将煤样置于煤样罐内的托盘上，通过气口抽取煤样罐内的空气；

注水：煤样罐通过水口吸入定量的水，水与托盘上的煤样保持分离；

吸附平衡：通过气口向煤样罐内注入气体，保持压力，直至吸附平衡；

浸泡：移动托盘，将托盘上的煤样浸入煤样罐内的水中，对煤样进行浸泡；

解吸：浸泡一定时间后，通过气口将煤样罐内的气体导出，进行解吸。

本发明的有益效果在于：(1)煤样罐内设置有用于盛放煤样的托盘，能够在煤样吸附平衡后将煤样浸入水中，无需再次注入气体，试验准确度高；(2)在设定吸附平衡压力下可有效控制煤样在水中浸泡时间及块煤浸泡体积，进行不同条件下煤体浸水瓦斯解吸试验，适用范围广，方便快捷。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为煤的瓦斯解吸规律测定系统的示意图；

图2为煤的瓦斯解吸规律测定装置的结构示意图；

图3为托盘的结构示意图。

附图标记：煤样罐1、托盘2、注水量筒3、恒温水浴器4、气体解吸器5、压力显示器6、真空泵7、瓦斯气瓶8、外加气瓶9、混合器10、气压表11、阀门12、压力传感器13、真空计14、升降连杆15、气阀16、水阀17。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图3，为一种煤的瓦斯解吸规律测定系统，包括煤的瓦斯解吸规律测定装置，还包括瓦斯气瓶8、真空泵7及气体解吸器5，瓦斯气瓶8、真空泵7及气体解吸器5分别与煤样罐1的气口连通。煤的瓦斯解吸规律测定装置，包括煤样罐1，煤样罐1内设置有用于盛放煤样的托盘2，包括注水量筒3，注水量筒3与水口密封连接。托盘2在煤样罐1内升降运动；煤样罐1上设置有气口及水口，气口上设置有用于启闭气口的气阀16，水口上设置有用于启闭水口的水阀17。真空泵7与煤样罐1之间通过管道连接，真空泵7与煤样罐1之间的管道上设置有真空计14。

本实施例中，煤样罐1与托盘2之间沿托盘2的升降方向设置有升降连杆15，煤样罐1上设置有连杆孔，升降连杆15的一端连接在托盘2上，升降连杆15的另一端通过连杆孔露出于煤样罐1，升降连杆15在连杆孔内沿密封滑动。托盘2上设置有若干托盘2孔。

本实施例中，还包括恒温水浴器4及外加气瓶9，外加气瓶9用于存储外加气体，煤样罐1设置在恒温水浴器4中，恒温水浴器4对煤样罐1进行恒温水浴。外加气瓶9与瓦斯气瓶8之间设置有混合器10，外加气体及瓦斯在混合器10内混合。瓦斯气瓶8及气体解吸器5分别通过管道与煤样罐1的气口连通，瓦斯气瓶8及气体解吸器5与煤样罐1之间的管道上分别设置有压力传感器13，两个压力传感器13均与用于显示压力大小的压力显示器6相连。

一种煤的瓦斯解吸规律测定方法，使用煤的瓦斯解吸规律测定装置，包括以下步骤：

抽真空：将煤样置于煤样罐1内的托盘2上，通过气口抽取煤样罐1内的空气；

注水：煤样罐1通过水口吸入定量的水，水与托盘2上的煤样保持分离；

吸附平衡：通过气口向煤样罐1内注入气体，保持压力，直至吸附平衡；

浸泡：移动托盘2，将托盘2上的煤样浸入煤样罐1内的水中，对煤样进行浸泡；

解吸：浸泡一定时间后，通过气口将煤样罐1内的气体导出，进行解吸。

实际测定时，步骤如下：

(1)本实施例中，煤样为煤粒，根据实验要求选择试验煤样粒径，根据确定试验煤样粒径，在试验地点取煤样至试验室加工。若进行煤粉解吸试验则利用振动筛分别筛成一定粒径的煤粉，分成几份相同质量的样品储存在试验瓶中；若进行块煤试验，则将不规则原生块煤切割为正方体，储存在试验瓶中，尺寸按照试验设计尺寸进行加工。

(2)对加工完成的煤样进行体积计算并进行干燥处理，选取样品均匀地放在真空干燥箱中，保持100℃温度持续干燥8个小时，去除全部水分。

(3)将煤样罐1与煤的瓦斯解吸规律测定系统连接，检查煤的瓦斯解吸规律测定系统的气密性，将高精度的压力传感器13连接至煤样罐1上，充入一定压力气体，30分钟后观察，若气压无变化则证明气密性良好。

(4)气密性检查完后，如瓦斯解吸规律测定系统的气密性良好，通过则将干燥完毕的煤样放入煤样罐1中，将煤样放置在镂空托盘2上，升降连杆15为螺纹杆，通过旋转升降连杆15升起托盘2，密闭煤样罐1，打开真空泵7与煤样罐1之间的阀门12，开启真空泵7进行脱气处理，使煤样罐1内部变为真空状态。脱气时间为8小时，真空计14的预设压强为4Pa，当煤样罐1内压力降到预设压强以下则结束脱气，去除煤样中的残余瓦斯及其他杂质。

(5)解吸完毕后关闭充气口阀门12，在注水量筒3中加入水，打开注水阀17门12，脱气完毕后此时煤样罐1内部处于负压状态，在注水量筒3中加入水，打开注水量筒3与煤样罐1之间的阀门12，此时由于煤样罐1内为负压，在大气压力的作用下，注水量筒3中的水会被压入煤样罐1中，观察注水量筒3的刻度控制煤样罐1的进水量，当刻度达到设定的水分体积后关闭阀门12。

(6)由于托盘2处于上升状态，煤样并未接触水分，打开瓦斯气瓶8及外加气瓶9与煤样罐1之间的阀门12及气阀16,瓦斯及外加气体在混合器10内混合后导入煤样罐1，进行吸附平衡。恒温水浴器4使煤样罐1内保持恒定温度。当煤样罐1内压力一直保持不变为止，视为样品达到吸附平衡，吸附平衡压力根据试验要求设定，吸附平衡完毕后关闭充气口阀门12。

(7)煤样罐1内吸附平衡后，转动升降连杆15，使升降托盘2随升降连杆15一起下降，水通过托盘2上镂恐孔洞接触到煤样。煤样的淹没体积及淹没时间根据试验要求设定，达到精确控制注水量、吸附平衡压力以及浸泡时间的目的。

气体解吸器5为瓦斯解吸测量装置，浸泡完成后将煤样罐1继续放置在恒温水浴器4中，打开气阀16及瓦斯解吸测量装置与煤样罐1之间的阀门12，将煤样罐1与瓦斯解吸测量装置连通，开始解吸。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.煤的瓦斯解吸规律测定装置，其特征在于：包括煤样罐，所述煤样罐内设置有用于盛放煤样的托盘，所述托盘在所述煤样罐内升降运动；

所述煤样罐上设置有气口及水口，所述气口上设置有用于启闭所述气口的气阀，所述水口上设置有用于启闭水口的水阀。

2.根据权利要求1所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，其特征在于：所述煤样罐与所述托盘之间沿所述托盘的升降方向设置有升降连杆，所述煤样罐上设置有连杆孔，所述升降连杆的一端连接在所述托盘上，所述升降连杆的另一端通过所述连杆孔露出于所述煤样罐，所述升降连杆在所述连杆孔内沿密封滑动。

3.根据权利要求1所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，其特征在于：还包括注水量筒，所述注水量筒与所述水口密封连接。

4.根据权利要求1所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，其特征在于：所述托盘上设置有若干托盘孔。

5.煤的瓦斯解吸规律测定系统，其特征在于：包括如权利要求1-4任一项所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，还包括瓦斯气瓶、真空泵及气体解吸器，所述瓦斯气瓶、所述真空泵及所述气体解吸器分别与煤样罐的气口连通。

6.根据权利要求5所述的煤的瓦斯解吸规律测定系统，其特征在于：还包括恒温水浴器，煤样罐设置在所述恒温水浴器中，所述恒温水浴器对煤样罐进行恒温水浴加热。

7.根据权利要求5所述的煤的瓦斯解吸规律测定系统，其特征在于：还包括外加气瓶，所述外加气瓶与煤样罐的气口连通。

8.根据权利要求5所述的煤的瓦斯解吸规律测定系统，其特征在于：所述瓦斯气瓶及所述气体解吸器分别通过管道与煤样罐连通，所述瓦斯气瓶及所述气体解吸器与煤样罐之间的管道上分别设置有压力传感器。

9.煤的瓦斯解吸规律测定方法，其特征在于，使用如权利要求1-4任一项所述的煤的瓦斯解吸规律测定装置，包括以下步骤：

抽真空：将煤样置于煤样罐内的托盘上，通过气口抽取煤样罐内的空气；

注水：煤样罐通过水口吸入定量的水，水与托盘上的煤样保持分离；

吸附平衡：通过气口向煤样罐内注入气体，保持压力，直至吸附平衡；

浸泡：移动托盘，将托盘上的煤样浸入煤样罐内的水中，对煤样进行浸泡；

解吸：煤样浸泡完成后，通过气口将煤样罐内的气体导出，进行解吸。

Images