[发明专利]一种考虑初始解吸的煤粉瓦斯解吸试验装置与方法

说明书

一种考虑初始解吸的煤粉瓦斯解吸试验装置与方法，包括真空脱气装置、充气装置、解吸装置、解吸测量装置和恒温控制装置；所述解吸装置包括两个相同容积的样品罐a和a′、两个相同容积的参考罐b和b′以及截止阀；所述解吸测量装置包括U型压差计、截止阀。传统解吸规律试验，是从游离瓦斯释放后压力表示数为零时开始测量瓦斯解吸速率及解吸量，存在较大误差。本发明利用甲烷与氦气的粉煤吸附特性的差异—氦气无吸附特性，模拟甲烷与氦气的解吸过程，同步解吸过程中甲烷气体量比氦气气体量多出的部分即为解吸瓦斯量，并以U型压差计同步测量。此方法可测量包括卸压阶段解吸的瓦斯解吸速率和解吸量，准确揭示粉煤瓦斯解吸规律。

技术领域

本发明属于一种瓦斯解吸模拟试验方法技术领域，特别涉及一种考虑初始卸压阶段解吸的煤粉瓦斯解吸规律试验装置与方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯及煤体力学性质共同作用，在采掘过程中短时向作业空间涌出大量煤与瓦斯的动力现象。在突出准备和启动阶段，煤体内的地应力和瓦斯压力、瓦斯含量是突出的主要动力源。而在突出发展阶段，煤块的进一步破碎和运输主要是依靠高压瓦斯的膨胀能。这一过程中的膨胀能主要来自两方面，一是突出孔洞周边游离和已经解吸的瓦斯，这部分膨胀能直接参与煤体的粉化和搬运；另一部分来自不断从煤体中解吸新产生的瓦斯。煤体中吸附瓦斯含量约占瓦斯总含量的90％，其解吸效率对瓦斯膨胀能补充影响很大。

煤体粉化后粒径减小，瓦斯扩散路径缩短，瓦斯解吸效率会大大提高。突出事故现场大比例的粒径小于100μm(狂粉)的存在证明了瓦斯快速解吸对突出发展的重要作用。前人在进行解吸规律试验研究时，从游离瓦斯释放后压力表示数为零时开始测量瓦斯解吸速率及解吸量。而实际上从容器中压力开始降低，就会有部分瓦斯从煤粉表面及浅部大孔隙吸附位中解吸出来，并且在瓦斯解吸中破碎程度越大，初期解吸速度越大，所占比例越大。因此，传统试验方法存在较大误差。即使存在考虑初始卸压阶段瓦斯解吸的情况，也仅仅是收集卸压气体，与自由空间气体量对比，获得此阶段解吸总量，以此补偿后续解吸瓦斯量。上述方法不能反映卸压阶段的瓦斯解吸速率，仅是瓦斯解吸量的补偿。

基于上述现状，本发明提出一种考虑初始解吸的煤粉瓦斯解吸试验装置与方法，对初期卸压阶段的粉煤解吸速率和解吸量进行间接测量，完善粉煤快速解吸规律的研究。

发明内容

本发明针对现有技术装置上述缺点，提出了一种结构简单，性能可靠，试验数据准确，能够获得包括初始卸压阶段的瓦斯解吸速率和解吸量的试验装置和方法，该装置与方法主要利用了不同气体的煤粉吸附特性差异。

针对上述问题，本发明设计技术方案如下：一种考虑初始解吸的煤粉瓦斯解吸试验装置，包括真空脱气装置、充气装置、解吸装置、解吸测量装置和恒温控制装置；所述真空脱气装置包括真空泵、真空压力表，真空泵通过真空压力表、针阀与样品罐a、样品罐a′、参考罐b、参考罐b′相连；所述充气装置包括高压甲烷瓶、高压氦气瓶、放气阀、减压阀和压力表，高压甲烷瓶与样品罐a相连，高压氦气瓶与样品罐a′相连；所述解吸装置包括样品罐a、样品罐a′、参考罐b、参考罐b′和截止阀，样品罐a与参考罐b之间通过截止阀相连，样品罐a′与参考罐b′之间通过截止阀相连；所述解吸测量装置包括U型压差计、截止阀，U型压差计两端分别通过橡皮管连接参考罐b和参考罐b′上截止阀出口；所述恒温控制装置包括恒温水浴槽、加热器、冷冻器、温控装置、水浴对流装置、温度显示器，温控装置与加热器、冷冻器之间电气连接。

样品罐a和样品罐a′容积相同，参考罐b和参考罐b′容积相同，保证两份煤样在相同的环境下解吸。

水浴对流装置采用电能动力的螺旋扇叶，推动水流流动，促进水浴内热量对流，防止局部温度过高或过低，实现温度控制的目的。

温控装置采用计算机或集成电路或PLC，均为已有技术，不再赘述具体结构及工作方式。