[发明专利]一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于煤矿安全技术领域，涉及一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法及装置。

背景技术

我国是世界上煤炭产量最大的国家，同时也是世界上煤矿瓦斯问题最为严重的国家之一。瓦斯灾害防治中，煤层瓦斯含量是计算瓦斯储量与瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一，瓦斯含量测值的准确性不仅制约着矿井瓦斯危险程度预测的可靠性，而且影响以瓦斯危险程度预测为依据而制定的瓦斯防治措施的有效性与经济性，甚至可能危及矿井安全生产。

煤层瓦斯含量测定方法根据应用范围分为地勘解吸法和井下解吸法两大类。地勘解吸法测定煤层瓦斯含量由取芯过程煤芯漏失瓦斯量、地面解吸瓦斯测定量和残存瓦斯量构成。其中取芯过程煤样漏失瓦斯量最常用的计算方法是煤样在地面的瓦斯解吸量与解吸时间之间遵循的Q-关系推算式；由于取芯过程煤芯中的瓦斯解吸是在泥浆介质或水介质中完成的，泥浆压力远大于大气压力，因此，煤芯瓦斯漏失到泥浆中属于超压环境下的瓦斯解吸；而煤样在地面的瓦斯解吸是在空气介质中进行的，两者的介质压力条件差异较大，用煤样在地面的常压瓦斯解吸规律推算提钻过程中的煤样漏失瓦斯量的方法是不合理的，是导致现有地勘解吸法瓦斯含量测值稳定性差准确率偏低的主要原因。

在煤层瓦斯抽采过程中, 钻孔周边煤层的瓦斯压力随着它们至钻孔的距离的加大而增加，不同距离的煤体之间存在压力差，在压力差的作用下瓦斯会由远处煤体向近处煤体流动；当近处煤体瓦斯压力高于大气压力时，远处煤体中的瓦斯向近处煤体流动的过程属于超压环境涌出。因此，要准确预测钻孔的瓦斯抽采量，不但要研究煤体在常压下的瓦斯解吸规律，更要研究煤体在超压环境的瓦斯解吸规律。目前，煤体在超压环境下的瓦斯解吸特征与规律鲜有研究，是一个亟待解决的研究问题。

因此，为了提高地勘解吸法取芯过程煤芯瓦斯漏失量推算的可靠性，并准确预测抽采钻孔的瓦斯抽采能力，有必要对含瓦斯煤在超压环境下的瓦斯解吸特征与规律进行研究，进一步认清煤层不同条件下的解吸机理，为煤矿的安全生产提供保障。

发明内容

本发明的目的在于设计一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，为提高地勘解吸法取芯过程煤芯漏失瓦斯量推算可靠性和预抽瓦斯钻孔的瓦斯抽采能力预测提供研究手段和技术途径。

本发明采用的技术方案如下：

一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，由煤样罐、脱气单元、甲烷充气单元和恒压解吸单元四部分组成；罐盖密封的煤样罐17位于恒温器18内，煤样罐17的罐盖上有两个接口，其中一个接口连接第一压力表16，另一个接口通过第一管路15连接恒压解吸单元，第一管路15上设置四通且连通第二管路13和第三管路19，第二管路13连接脱气单元，第三管路19连接甲烷充气单元，所述的恒压解吸单元包括以第一管路15连接的密闭腔体10、以第四管路25连接的瓦斯解吸仪26和以密闭腔体10顶部侧接口连接的氮气充气单元，所述第一管路15和第四管路25在密闭腔体10内部通过一段5-10cm的软胶管8连接。

进一步，所述的脱气单元由管路连接的真空泵11、第一阀门12、复合真空计27组成，复合真空计27位于第一阀门12与煤样罐连接的管路上。

进一步，所述的甲烷充气单元由通过第三管路19依次连接的第二阀门20、参考罐21、第二压力表22、第三阀门23、甲烷充气罐24组成。

进一步，所述的氮气充气单元由通过管路依次连接氮气充气罐1、第五阀门4、第三压力表5、缓冲罐3、第五阀门4组成。

一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试方法，利用上述一种超压环境含瓦斯煤瓦斯恒压解吸模拟测试装置，按如下步骤进行：

（S1）煤样制备和处理：将煤样粉碎后，筛分成一定粒径的煤样，分成等量的多份，放入干燥箱中干燥处理；

（S2）真空脱气：将处理好的干燥煤样装入解吸实验罐，用脱气单元对煤样罐在60℃下，真空脱气至10 Pa以下；

（S3）吸附平衡：根据所需的吸附平衡压力，充入一定量的甲烷，待吸附平衡后，记录第一压力表16实际吸附平衡压力P₁；