[发明专利]一种多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿井开采领域，特别是涉及一种多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置及方法。

背景技术

我国是世界上发生瓦斯灾害最严重的国家之一，瓦斯事故严重威胁井下工作人员的安全，制约着煤矿的安全生产。煤吸附常数的测定对于掌握煤的吸附特性、指导煤层气地面排采有重要的意义。煤吸附瓦斯含量受温度、压力、煤阶、含水率、比表面积等的影响，对于温度、压力、含水率都可以避免其影响，而比表面积受到煤颗粒大小的影响无法避免。通常测定的煤吸附常数a，b值根据MT/T752-1997《煤甲烷吸附量测定方法》规定取0.17～0.25mm间的煤颗粒进行测试，因颗粒状煤与块状煤的比表面积不同，用颗粒状的煤测出的煤吸附常数a，b值来预测块状煤层的瓦斯含量存在的一定误差，预测值不科学。

煤与瓦斯突出的过程通常伴随着煤体的变形和破坏，煤体的变形量是影响煤体失稳的重要指标之一。在生产过程中，煤体不断向工作面涌出瓦斯，煤体在解吸瓦斯的过程中将产生变形，进而可能诱发煤与瓦斯突出，因此煤吸附/解吸瓦斯过程中煤体变形量也是一个重要的参数。

目前的试验仪器只能测量煤的吸附常数a，b值，无法同时完成在同一瓦斯压力、温度条件下颗粒煤体吸附量及块状煤体变形量的测定试验，尚不能对粒状煤和块状煤吸附量进行对比探究。

因此，有必要设计一种更好的煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以测定不同粒径煤样的吸附/解吸量、煤样的吸附常数a，b值、以及块状煤吸附解吸瓦斯过程的变形量的多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置，包括高压气瓶、充气室、颗粒状煤吸附室、块状煤吸附室、数据采集仪及计算机，所述充气室通过第一管路分别连接于所述高压气瓶、真空泵和背压阀，所述高压气瓶与所述充气室之间的所述第一管路上设有减压阀和第一阀门，所述真空泵与所述充气室之间设有第二阀门，所述背压阀与所述充气室之间设有第三阀门，所述充气室安装有第一压力表，所述充气室的一侧通过第二管路连接于所述颗粒状煤吸附室，另一侧通过第三管路连接于所述块状煤吸附室，所述第二管路上设有第二压力表和第四阀门，所述第三管路上设有第三压力表和第五阀门，所述数据采集仪连接于第一压力表、第二压力表、第三压力表及所述块状煤吸附室，用于采集数据，并将数据传输给所述计算机。

进一步，所述充气室、所述颗粒状煤吸附室及所述块状煤吸附室放置于水浴箱内，所述水浴箱连接于所述数据采集仪。

进一步，所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门及所述第五阀门为气动针型阀，所述气动针型阀与所述减压阀、所述背压阀及所述真空泵的开关集成于阀门控制器，所述阀门控制器与所述计算机相连。

进一步，所述块状煤吸附室内放置有块状煤样，所述块状煤样上粘贴有应变片，所述应变片连接于所述数据采集仪。

进一步，所述颗粒状煤吸附室或/和所述块状煤吸附室包括缸体，所述缸体的上方设有缸盖，所述缸盖与所述缸体顶面之间设有圆盖，所述圆盖上安装有航空插头，所述缸盖将所述圆盖与所述缸体螺接锁紧。

进一步，所述缸体的顶部边缘与所述圆盖之间设有密封圈，所述缸体内设有整流过滤网用于将煤样与进气口隔开。

一种采用上述多功能煤吸附/解吸瓦斯参数测定试验装置的方法，包括：

步骤一：制作煤样，制备颗粒状煤样或/和块状煤样，分别放置于所述颗粒状煤吸附室或/和所述块状煤吸附室内；

步骤二：打开所述高压气瓶，向所述计算机内输入煤样的质量、真密度、视密度、含水率，设置程序参数，使所述计算机执行如下步骤：

(a)打开所述第二阀门及所述第四阀门或/和所述第五阀门，启动所述真空泵脱气，脱气一定时间后，关闭所述第二阀门及所述第四阀门或/和所述第五阀门，关闭所述真空泵；

(b)打开所述第一阀门，调节所述减压阀，向所述充气室内充气，使所述充气室内压力为P1，关闭所述第一阀门和所述减压阀，打开所述第四阀门或/和所述第五阀门，向所述颗粒状煤吸附室或/和所述块状煤吸附室内充气，使充气压力为P2时，关闭所述第四阀门或/和所述第五阀门；

(c)所述颗粒状煤样或/和所述块状煤样分别在所述颗粒状煤吸附室或/和所述块状煤吸附室内吸附，吸附达到平衡后，记录所述第二压力表和所述第三压力表的数值；