一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于煤礦安全技術領域，涉及一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置。超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置包括位于超級恒溫器內的煤樣罐，煤樣罐與脫氣單元、甲烷充氣單元和恒壓解吸單元相連，煤樣罐中放置煤樣并通過脫氣和甲烷充氣達到吸附平衡，在超級恒溫器和恒壓解吸單元作用下進行恒溫恒壓解吸，并根據超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試方法收集數據。本實用新型能夠準確模擬井下瓦斯的超壓解吸，更好地認清煤層取芯過程和瓦斯抽采時瓦斯解吸機理，為提高地勘解吸法取芯過程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和預抽瓦斯鉆孔的瓦斯抽采能力預測提供研究手段和技術途徑，提高礦井瓦斯危險程度預測和瓦斯治理的針對性。
【專利說明】
一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于煤礦安全技術領域，涉及一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置。
【背景技術】
[0002]我國是世界上煤炭產量最大的國家，同時也是世界上煤礦瓦斯問題最為嚴重的國家之一。瓦斯災害防治中，煤層瓦斯含量是計算瓦斯儲量與瓦斯涌出量的基礎，也是預測煤與瓦斯突出危險性的重要參數之一，瓦斯含量測值的準確性不僅制約著礦井瓦斯危險程度預測的可靠性，而且影響以瓦斯危險程度預測為依據而制定的瓦斯防治措施的有效性與經濟性，甚至可能危及礦井安全生產。
[0003]煤層瓦斯含量測定方法根據應用范圍分為地勘解吸法和井下解吸法兩大類。地勘解吸法測定煤層瓦斯含量由取芯過程煤芯漏失瓦斯量、地面解吸瓦斯測定量和殘存瓦斯量構成。其中取芯過程煤樣漏失瓦斯量最常用的計算方法是煤樣在地面的瓦斯解吸量與解吸時間之間遵循的Q-關系推算式；由于取芯過程煤芯中的瓦斯解吸是在泥漿介質或水介質中完成的，泥漿壓力遠大于大氣壓力，因此，煤芯瓦斯漏失到泥漿中屬于超壓環境下的瓦斯解吸;而煤樣在地面的瓦斯解吸是在空氣介質中進行的，兩者的介質壓力條件差異較大，用煤樣在地面的常壓瓦斯解吸規律推算提鉆過程中的煤樣漏失瓦斯量的方法是不合理的，是導致現有地勘解吸法瓦斯含量測值穩定性差準確率偏低的主要原因。
[0004]在煤層瓦斯抽采過程中，鉆孔周邊煤層的瓦斯壓力隨著它們至鉆孔的距離的加大而增加，不同距離的煤體之間存在壓力差，在壓力差的作用下瓦斯會由遠處煤體向近處煤體流動；當近處煤體瓦斯壓力高于大氣壓力時，遠處煤體中的瓦斯向近處煤體流動的過程屬于超壓環境涌出。因此，要準確預測鉆孔的瓦斯抽采量，不但要研究煤體在常壓下的瓦斯解吸規律，更要研究煤體在超壓環境的瓦斯解吸規律。目前，煤體在超壓環境下的瓦斯解吸特征與規律鮮有研究，是一個亟待解決的研究問題。
[0005]因此，為了提高地勘解吸法取芯過程煤芯瓦斯漏失量推算的可靠性，并準確預測抽采鉆孔的瓦斯抽采能力，有必要對含瓦斯煤在超壓環境下的瓦斯解吸特征與規律進行研究，進一步認清煤層不同條件下的解吸機理，為煤礦的安全生產提供保障。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于設計一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，為提高地勘解吸法取芯過程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和預抽瓦斯鉆孔的瓦斯抽采能力預測提供研究手段和技術途徑。
[0007]本實用新型采用的技術方案如下:
[0008]—種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，由煤樣罐、脫氣單元、甲烷充氣單元和恒壓解吸單元四部分組成;罐蓋密封的煤樣罐17位于恒溫器18內，煤樣罐17的罐蓋上有兩個接口，其中一個接口連接第一壓力表16，另一個接口通過第一管路15連接恒壓解吸單元，第一管路15上設置四通且連通第二管路13和第三管路19，第二管路13連接脫氣單元，第三管路19連接甲烷充氣單元，所述的恒壓解吸單元包括以第一管路15連接的密閉腔體10、以第四管路25連接的瓦斯解吸儀26和以密閉腔體10頂部側接口連接的氮氣充氣單元，所述第一管路15和第四管路25在密閉腔體10內部通過一段5-lOcm的軟膠管8連接。
[0009]進一步，所述的脫氣單元由管路連接的真空栗11、第一閥門12、復合真空計27組成，復合真空計27位于第一閥門12與煤樣罐連接的管路上。
[0010]進一步，其特征在于，所述的甲烷充氣單元由通過第三管路19依次連接的第二閥門20、參考罐21、第二壓力表22、第三閥門23、甲烷充氣罐24組成。
[0011]進一步，所述的氮氣充氣單元由通過管路依次連接氮氣充氣罐1、第五閥門4、第三壓力表5、緩沖罐3、第五閥門4組成。
[0012]—種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試方法，按如下步驟進行:
[0013](SI)煤樣制備和處理:將煤樣粉碎后，篩分成一定粒徑的煤樣，分成等量的多份，放入干燥箱中干燥處理；
[0014](S2)真空脫氣:將處理好的干燥煤樣裝入解吸實驗罐，用脫氣單元對煤樣罐在60°(:下，真空脫氣至10 Pa以下；
[0015](S3)吸附平衡:根據所需的吸附平衡壓力，充入一定量的甲烷，待吸附平衡后，記錄第一壓力表16實際吸附平衡壓力P1;
[0016](S4)恒壓解吸:根據壓力需要，通過氮氣充氣單元向密閉腔體中充入適量氮氣以調整密閉腔體內壓力，使其達到預定壓力P2，使P2等于P1，煤樣罐中含瓦斯煤瓦斯開始解吸，當煤樣罐中的壓力大于P2時，軟膠管張開，解吸出的瓦斯經過管路排出后，通過解吸裝置測定解吸瓦斯量，煤樣罐內瓦斯壓力降低，當煤樣罐中的壓力小于或者等于P2時，軟膠管內外受外界壓力差作用再次閉合；
[0017](S5)數據分析:重復(S3)、(S4)實驗過程，設置不同模擬溫度、不同吸附平衡壓力下的含瓦斯煤瓦斯吸附解吸過程，收集解吸數據分析實驗結果。
[0018]本實用新型的優點就在于能夠準確模擬井下瓦斯的超壓解吸，為提高地勘解吸法取芯過程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和預抽瓦斯鉆孔的瓦斯抽采能力預測提供研究手段和技術途徑，提高礦井瓦斯危險程度預測和瓦斯治理的針對性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置結構圖示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，為本實用新型的一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，使用裝置前需要檢測超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置的氣密性并關閉所有閥門；
[0021]在煤樣罐I中放入干燥好的煤樣，調節超級恒溫器的溫度至30°C并保溫至煤樣罐中溫度恒定，打開真空栗U、第一閥門12和閥門29，對煤樣罐17進行真空脫氣，復合真空計27顯示壓力降至1Pa以下時，關閉第一閥門12、29和真空栗11，完成對煤樣罐及相連管路的脫氣處理;打開第三閥門23，通過甲烷充氣罐24向參考罐21中充入甲烷，關閉第三閥門23并記錄第二壓力表22壓力Po(即參考罐21壓力)，打開第二閥門20和閥門29，向煤樣罐17中充入甲烷氣體，關閉閥門第二 20和閥門29，煤樣吸附平衡直到第一壓力表16讀數不在變化為止，記錄顯示的數值，即吸附平衡壓力為P1;
[0022]向密閉腔體中加入水9，使得所加入的水剛好淹沒長度為5cm的軟膠管8，打開第六閥門2，通過氮氣充氣罐I向緩沖罐3充入一定量的氮氣，關閉第六閥門2后打開第五閥門4和第四閥門6，向密閉腔體10中通入氮氣，使得第三壓力表5顯示的壓力值與吸附平衡的壓力值卩!相同，打開閥門7和14，當煤樣罐中的壓力大于吸附平衡壓力值Pdt，腔體中的軟膠管張開，解吸出的氣體可通過軟膠管進入瓦斯解吸儀26，完成恒壓條件下的解吸測試；
[0023]超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試方法，利用上述超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，按照如下步驟進行:
[0024](SI)煤樣制備和處理:將煤樣粉碎后，篩分成一定粒徑的煤樣，分成等量的多份，放入干燥箱中干燥處理；
[0025](S2)真空脫氣:將處理好的干燥煤樣裝入解吸實驗罐，用脫氣單元對煤樣罐在30°C，真空脫氣至10 Pa以下；
[0026](S3)吸附平衡:根據所需的吸附平衡壓力，充入一定量的甲烷，待吸附平衡后，記錄第一壓力表16實際吸附平衡壓力P1;
[0027](S4)恒壓解吸:根據壓力需要，通過氮氣充氣單元向密閉腔體中充入適量氮氣以調整密閉腔體內壓力，使其達到預定壓力P2，使P2等于P1，煤樣罐中含瓦斯煤瓦斯開始解吸，當煤樣罐中的壓力大于P2時，軟膠管張開，解吸出的瓦斯經過管路排出后，通過解吸裝置測定解吸瓦斯量，煤樣罐內瓦斯壓力降低，當煤樣罐中的壓力小于或者等于P2時，軟膠管內外受外界壓力差作用再次閉合；
[0028](S5)數據分析:重復(S3)、(S4)實驗過程，設置不同模擬溫度、不同吸附平衡壓力下的含瓦斯煤瓦斯吸附解吸過程，收集解吸數據分析實驗結果。
【主權項】
1.一種超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，其特征在于，由煤樣罐、脫氣單元、甲烷充氣單元和恒壓解吸單元四部分組成;罐蓋密封的煤樣罐(17)位于恒溫器(18)內，煤樣罐(17)的罐蓋上有兩個接口，其中一個接口連接第一壓力表(16)，另一個接口通過第一管路(15)連接恒壓解吸單元，第一管路(15)上設置四通且連通第二管路(13)和第三管路(19)，第二管路(13)連接脫氣單元，第三管路(19)連接甲烷充氣單元，所述的恒壓解吸單元包括以第一管路(15)連接的密閉腔體(10)、以第四管路(25)連接的瓦斯解吸儀(26)和以密閉腔體(10)頂部側接口連接的氮氣充氣單元，所述第一管路(15)和第四管路(25)在密閉腔體(10)內部通過一段5-10cm的軟膠管(8)連接。2.根據權利要求1所述的超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，其特征在于，所述的脫氣單元由第二管路(13)連接的真空栗(11)、第一閥門(12)、復合真空計(27)組成，復合真空計(27)位于第一閥門(12)與煤樣罐(17)連接的管路上。3.根據權利要求1所述的超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，其特征在于，所述的甲烷充氣單元由通過第三管路(19)依次連接的第二閥門(20)、參考罐(21)、第二壓力表(22)、第三閥門(23)、甲烷充氣罐(24)組成。4.根據權利要求1所述的超壓環境含瓦斯煤瓦斯恒壓解吸模擬測試裝置，其特征在于，所述的氮氣充氣單元由通過第五管路(28)依次連接第四閥門(6)、第三壓力表(5)、第五閥門(4)、緩沖罐(3)、第六閥門(2)、氮氣充氣罐(I)組成。
【文檔編號】G01N33/22GK205670151SQ201620558395
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年6月12日
【發明人】王兆豐, 顧熠凡, 陳金生, 柯巍, 馬向攀, 董家昕, 陳滔, 岳基偉, 樊亞慶, 王俏
【申請人】河南理工大學