[发明专利]一种构造煤瓦斯解吸初期规律实验装置

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯测定技术领域，尤其涉及一种构造煤瓦斯解吸初期规律实验装置。

背景技术

构造煤是煤层在构造作用下发生脆性破碎或韧性变形及流变迁移的产物，是预测煤与瓦斯突出的标志。构造煤的低强度、高吸附、快放散和低渗透特性是造成煤与瓦斯突出的根本原因，尤其是构造煤瓦斯解吸初期的瓦斯放散能力对于煤与瓦斯突出发生、发展有着直接影响，决定着煤与瓦斯突出的临界状态。构造煤瓦斯快速解吸能力也是煤层瓦斯含量测定不准的重要原因，严重影响了突出危险区预测和防突措施的实施效果。

现在对矿井瓦斯灾害预测防治主要建立在测定煤层瓦斯含量和瓦斯压力的基础上，井下瓦斯压力测定费时费力，受地质、煤层和现场条件影响大，测定成功率较低，因此在工程应用上受到限制。瓦斯含量测定被广泛应用，按照现在煤层瓦斯含量测定方法(主要的有地勘解吸法、间接含量测定法、井下解吸法等)，瓦斯含量由损失量、井下现场解吸量、实验室测残存量三部分组成。井下现场解吸量和实验室测残存量测定已经形成了规范的标准，误差相对较小。对于瓦斯损失量来说，往往由井下现场解吸规律反推得出，煤体的瓦斯解吸特征不同，因而误差较大。尤其对于构造煤来说误差明显，有数据表明煤中瓦斯的30％～80％在煤体暴露的最初期被解吸。

对瓦斯解吸规律的测定方法和主要思路是利用吸附理论，在恒定温度、压力下对吸附平衡气体利用降压解吸的方法，测定某时刻解吸量与时间关系做出等温解吸曲线。主要的方法有钻孔煤芯解吸法、瓦斯放散法、吸附-解吸实验法、解吸数值模型法，上述测定方法难以准确测定瓦斯含量，由于瓦斯解吸过程的复杂性和瓦斯解吸速度衰减的快速性，如何确定瓦斯解吸时间及准确测定在煤体暴露初期煤中瓦斯解吸值是面临的共同问题。

目前，对煤中瓦斯解吸初期规律的研究，主要集中在对钻屑在地面的解吸规律的修正上，针对构造煤瓦斯解吸初期规律的研究比较少，恰恰这部分正是构造煤瓦斯含量测定和损失量计算的关键。现在对瓦斯前期解吸特征的指标参数主要有Δp、Δh2和K1值。这些参数表征了在某一时刻点瓦斯解吸量的大小，是静态概念。对表征煤体初期解吸能力有指导意义，但是对于瓦斯损失补偿计算作用不大。另外，上述参数的对与孔隙和裂隙发育的构造煤未必适用，因为构造煤的瓦斯解吸异常主要集中在煤体暴露前期，前期瓦斯解吸特征变化剧烈，因此上述参数对于某些具有较高放散量的煤并不适用。

目前研究瓦斯解吸规律的测定方法中对于构造煤瓦斯解吸初期规律的研究更多的是进行理论上的推演，提高瓦斯含量预测的准确性和可靠性，有两条途径，一是研制更为可靠的瓦斯含量测定设备，包括瓦斯含量测定设备和煤层保压去芯设备，这种方法目前来看还需要大量的基础工作要做，资金和基础理论研究是成功的关键；二是完善瓦斯损失量计算方法，这是目前来看经济有效的方法。

完善瓦斯损失量计算方法的关键是构造煤瓦斯损失量计算。在实验室中要准确测定构造煤瓦斯解吸初期特征需要有反应时间短，采集数据量大，可靠性高的实验装置。目前测定瓦斯解吸实验装置可以分为两类，一是重量法，二是容器法。重量法实验精度较高，但是装置承受压力较小，并不适应高压下瓦斯解吸测定，且重量法采用煤样较少，并不能反映煤中瓦斯解吸本质特性。容器法现在被广泛应用，但是实验煤样量也偏少且可实验重复性较差。对于大质量煤样，要求反应时间短，数据采集量大，精度高，能承受较高压力下的瓦斯解吸实验。基于上述要求，考虑到构造煤特殊物理性质，设计了一套测定瓦斯初期解吸特征的实验装置，该装置实现了瓦斯解吸数据的自动采集和记录，大大提高了测定的准确性，能够准确的反映出瓦斯解吸初期的动态过程。

发明内容

为了掌握构造煤暴露初期瓦斯解吸速度和解吸量的变化规律，进而分析构造煤瓦斯解吸初期特征的影响因素，构建构造煤瓦斯解吸初期规律数学模型，提高构造煤瓦斯含量测定的准确性，本发明提供了一套构造煤瓦斯解吸初期规律实验装置。

本发明实施例是这样实现的，一种构造煤瓦斯解吸初期规律实验装置，该实验装置的高纯瓦斯钢瓶经过截止阀连接到三通阀的一个接口，三通阀的一个接口经过截止阀连接到四通阀的一个接口，三通阀一个接口通过截止阀直接连接到四通阀；四通阀的一个接口直接接截止阀，四通阀的一个接口经过截止阀连接到真空计，四通阀的一个接口经过截止阀连接到真空泵，四通阀的一个接口通过截止阀连接到量筒，四通阀的一个接口连接到压力表；压力表连接到煤样罐，煤样罐置于恒温水浴装置中，煤样罐的底部与恒温水浴装置连接，四通阀的一个接口，经过球形阀连接到气体质量流量计，气体质量流量计一端连接到计算机上，另一端连接到解吸仪上。