[发明专利]一种含瓦斯煤等压加水的方法与装置

说明书

本发明公开了一种含瓦斯煤等压加水方法与装置，适用于含瓦斯煤在水分单因素影响下的吸附‑解吸规律及渗吸置换效应模拟测试研究。所述装置通过定制玻璃瓶、蜡封和密封胶实现对液态蒸馏水的密封并与实验煤样一起提前预置于密闭煤样罐内，不影响对实验煤样抽真空及吸附平衡；需要水分进入含瓦斯煤时，只需向下旋转密闭煤样罐顶部的旋转针阀，针阀向下运动挤压玻璃瓶，瓶底受到挤压而破碎，水分溢出，从而实现了含瓦斯煤等压加水。本发明简单易行，有效解决了高压注水中注水压力破裂煤体、高压水驱替及注入水体积对实验系统的影响与干扰，为单独研究水分单因素作用下含瓦斯煤的吸附‑解吸规律及渗吸置换效应创造了条件。

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种含瓦斯煤等压加水的方法与装置，尤其适用于模拟测试水分单因素影响下的含瓦斯煤吸附-解吸特性及渗吸置换效应实验研究。

背景技术

水分对含瓦斯煤解吸影响规律研究方面，诸多学者研究发现水力化措施实施后残留于煤体内部细微孔隙的水分会抑制瓦斯解吸，减少瓦斯解吸量，降低瓦斯解吸初速度，然而，对于水力化措施实施过程中水分对煤层吸附瓦斯解吸影响方面的研究开展较少，有待于进一步深入研究。事实上，煤对水的吸附能力远大于煤对瓦斯的吸附能力，伴随着水分进入含瓦斯煤，必将与处于吸附态的瓦斯展开激烈的竞争吸附，从而置换出处于吸附态的瓦斯，促进煤层吸附瓦斯解吸。水分对含瓦斯煤解吸特性的影响体现在两个方面，一是水分渗吸进入含瓦斯煤过程中产生的置换效应促进煤层吸附瓦斯解吸，二是进入到煤体内部细微孔隙的水分封堵瓦斯解吸的通道，在含瓦斯煤体卸压后起到抑制瓦斯解吸的作用。

水力化措施作为一种综合性防突措施在煤矿安全生产中应用广泛，然而目前人们对水力化措施的防突作用机理认识不清，尤其是在水力化措施影响下的煤体裂隙生成及扩展规律、含瓦斯煤的瓦斯解吸及运移规律等方面缺乏定量准确的研究数据，阻碍了该项技术的进一步发展与应用。

水力化措施的实施对原始煤层的改造体现在高压水破裂煤体使得煤层卸压增透、高压水驱替游离瓦斯、水分改变煤体物理力学性质以及水分对含瓦斯煤解吸特性影响等多个方面，在工程实践过程中上述作用同时发生，无法定量区分。因此，水分单因素影响下的含瓦斯煤解吸规律及渗吸置换效应研究对于认清水力化措施的防突作用机理意义重大，也是亟待深入研究的方向。

程远平的“外加水分对含瓦斯煤体解吸特性的测试装置及方法（专利号：CN102053141 A）”、肖知国的“一种煤层注水抑制瓦斯解吸效应的模拟测试方法及装置（专利号：CN 103776979 A）”，都是针对颗粒煤在高压注水条件下研究水分对含瓦斯煤解吸特性的影响，颗粒煤离散性较强，与井下赋存实际煤体差别较大，且上述两项专利均采用在煤样吸附平衡后通过高压注水方式注入外加水分，在此条件下，注水压力、注入水体积都会打破吸附罐内原有的吸附平衡状态，造成吸附罐内压力升高，从而对实验结果带来影响和干扰，无法准确得知水分单因素影响下含瓦斯煤的解吸规律。此外，有学者通过内置外液联动装置实现水分依靠自身重力进入含瓦斯煤，但该装置密闭不严，影响对实验煤样抽真空及煤样吸附平衡。

因此，有必要建立一种含瓦斯煤等压加水的方法及装置，确保水分在煤样抽真空及吸附平衡后等压进入含瓦斯煤，有效排除注水压力及注入水体积对实验的影响与干扰，为含瓦斯煤在水分单因素影响下的置换效应和抑制解吸效应研究创造条件，以期深入认识水力化措施的防突作用机理，从而为提高水力化措施的防突作用效果提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、测试方法简单易行的含瓦斯煤等压加水方法及装置，为含瓦斯煤在水分单因素影响下的吸附-解吸特性模拟测试研究创造条件，以期深入认识水力化措施的防突作用机理，从而为提高水力化措施的防突作用效果提供理论依据。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：