[发明专利]一种煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统及其检测方法。

背景技术

我国“三下”（建筑物下、铁路下、水体下）压煤问题严重，同时大量煤矸石的排放不仅占用了大量土地，而且对地面生态环境和安全构成威胁。采用煤矸石充填采煤方法既可以减少煤矿固体废弃物排放，又可以减轻开采沉陷灾害、提高矿井资源回收率。此外，瓦斯事故是我国煤矿中最严重的灾害之一，分析综采工作面瓦斯事故的发生原因，大多数是由于煤体的大面积采动，造成井下短时间内形成大面积采空区，顶板承载巨大的采动应力，导致煤岩层内裂隙大量扩张，使煤体渗透性发生了变化，致使大量瓦斯气体瞬间涌出，尤其是煤层群卸压开采时，高瓦斯矿井的瓦斯涌出量更大，最终造成一定范围内的瓦斯浓度超限，而形成事故隐患。

研究高瓦斯综采工作面采空区煤矸石充填体的瓦斯运移规律，尤其是对模拟高瓦斯综采工作面采空区煤矸石充填体的透气性系数研究具有十分重要的意义。国内外关于煤矸石充填体的瓦斯透气性方面的研究较少，在煤矸石充填体的瓦斯透气性测试方面尚无相应的测试方法和装置。尤其是在模拟高瓦斯综采工作面采空区煤矸石充填体的透气性系数研究方面，经专利查询和文献检索，均未发现与本研究相关的成果。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便，且可为高瓦斯综采工作面采空区煤矸石充填开采提供理论依据的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统及检测方法。

本发明采用的技术方案是：包括瓦斯气瓶、空气压缩机、混气箱、模具及同步千斤顶，所述的混气箱设有空气进气口、瓦斯气体进气口及混合气出气口，所述的瓦斯气瓶与混气箱的瓦斯气体进气口通过管道连通；所述的空气压缩机与混气箱的空气进气口通过管道连通；所述的模具为一端开口的壳体，模具上设有进气口和出气口；模具的进气口通过管道与混气箱的混合气出气口连通，模具的进气口与混气箱的混合气出气口连通的管道上设有气压表及煤气表；模具的出气口连接一管道，该管道上设有气压表及煤气表；模具内装有煤矸石充填体，模具的开口处通过橡胶塞密封，橡胶塞外设有一层钢板，同步千斤顶压紧钢板。

上述的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统中，所述的模具内侧的进气口和出气口处分别设有栅格。

上述的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统中，所述的瓦斯气瓶与混气箱的瓦斯气体进气口连通的管道上设有气压表和阀门。

上述的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统中，所述的空气压缩机与混气箱的空气进气口连通的管道上设有气压表。

上述的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统中，所述的混气箱上设有甲烷浓度检测仪。

上述的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统中，所述的模具的进气口与混气箱的混合气出气口连通的管道上还设有阀门。

上述的煤矸石充填体瓦斯透气性的检测系统中，所述的与模具的出气口连接的管道上还设有阀门。

一种煤矸石充填体瓦斯透气性的检测方法，包括如下步骤：

1）利用相似级配法模拟煤矸石级配的最大粒径、最小粒径和平均粒径的比例，对煤矸石进行筛分；

2）将选取的煤矸石划分为若干小组；

3）将一个小组的煤矸石放入模具中，用同步千斤顶对钢板施加压力，模拟煤矿井下采空区矸石充填体的工作环境；

4）在混气箱中，将空气和99%的瓦斯气体混合，用甲烷浓度检测仪控制混合后的瓦斯气体的浓度，再将混合后的气体从模具的进气口通入，待气体吸附平衡后，用气压表分别测模具的进气口、出气口的气压p₁和p₂，同时用煤气表测混合气体的流量Q；并按下列公式计算煤矸石充填体的瓦斯透气性系数；

k=0.2μPQLF(p12-p22)]]>

式中：k—煤矸石渗透性系数，m²；

μ—在试验温度条件下，瓦斯的绝对粘度，10^-3MPa·s；