瓦斯基础参数测定试验指导书

矿井瓦斯防治及矿井通风瓦斯方面实验瓦斯基础参数测定实验一、实验目的掌握胶囊—力测定程序；掌握直接法测定煤层瓦斯含量（DGC）程序；掌握瓦斯吸附常数的测定原理、方法，掌握高压容量法测定吸附常数步骤；二、实验原理通过钻孔揭露煤层，安设瓦斯压力测定装置及仪表，封孔后，利用煤层瓦斯的自然渗透作用，使钻孔揭露煤层处或测压室的瓦斯压力与未受钻孔扰动煤层的瓦斯压力达到相对平衡，并通过测定钻孔揭露煤层处或测压室的瓦斯压力来表征被测煤层的“固封液，液封气”液的作用下，密封液渗入孔壁与固体物的裂缝和孔隙周围的裂隙中以阻止煤层瓦斯泄漏（—粘液封孔；被动式封孔的基本原理是用固体物充填测压管与钻孔壁之间的空隙（如黄泥、水泥砂浆、聚氨酯等。WW、粉碎1 2瓦斯解吸量W和常压残存量W。通过向煤层施工取芯钻孔，用井下取芯系统将煤芯3 c从煤层深部取出，及时封入煤样筒中；井下进行煤样瓦斯解吸速度测定以及损失时间atiW的计算；把装有煤样的煤样筒带到实验室进1行常压解吸测量从煤样筒中释放出的瓦斯量W ,与井下测量的瓦斯解吸量W 计算21 22煤芯瓦斯解吸量W；称量煤样总重后称取二次煤样进行常压粉碎解吸，并以此计算粉2碎瓦斯解吸量W；则可解吸瓦斯含量W 为＝W＋W＋W采用朗格缪尔公式3 m m 1 2 3

，则可得出煤层瓦斯含量W=W+W。c m c煤中大量的微孔内表面具有表面能，当气体与内表面接触时，分子的作用力使甲烷或其他多种气体分子在表面上发生浓集，称为吸附。气体分子浓集的数量渐趋增为脱附过程。表面上气体分子维持一定数量，吸附速率和脱附速率相等时，为吸附平衡。煤对甲烷的吸附属于物理吸附，通过实验获得七点对应瓦斯压力下的吸附量，通过数据拟合获得吸附常数a、b值。三、实验仪器及方法DGCHCA型高压容量法吸附参数测定装置。瓦斯压力测定仪器及使用方法实验仪器采用华北科技学院独立研发的MWYZ-HⅢ型主动式煤层瓦斯压力测定仪及相关安装工具、补气气瓶等。仪器结构图如附图所示。仪器使用方法及测试步骤如下：0.5～1.0MPa（6MPa。在地面试验中应认真观察整个观测系统是否可靠，发现情况异常或泄漏应及时查明原因，并进行排除，以确保整个测试系统在井下安全可靠。压力测定时，应选择新鲜暴露煤层；通过岩层测定煤层瓦斯压力时，应垂直于煤层打钻，当钻孔接近煤层后，停止钻进，待测压人员到达现场后，恢复钻进。注意：钻孔70~75mm，否则，直径过大会造成胶囊过度膨胀，易使胶囊破裂。+水，其体积比为1份皂化液+19份水。（4）乳化液（或水1:7（1份膨润土+7份乳化液或水。若密封粘液使用三相泡沫，可先将泡沫粉先放入胶囊之间的护管里，然后使用手压泵打水或乳化液。注：压力粘液的输送可以选择氮气瓶气压驱动，也可选择手压泵用乳化液驱动。将封孔器送入钻孔中，这样可大大缩短测压时间。的开关，排放瓦斯，然后利用手动式乳化液泵将乳化液压力加至1.5Mpa，检查胶囊是应先放出乳化液卸压，然后检查管路是否发生阻塞，并及时排除，确保胶囊及管路通畅之后方可使用。人。封孔器安装完毕后，应把“管道冲出危险切勿正对钻孔”的护管上，并通过护管将封孔器固定在专用的立柱上，以防测压时封孔器突然抛出。这一点很重要，因为胶囊反复使用后可能产生泄漏，使乳化液压力突然下降，如果没有固定封孔器的立柱，封孔器可能在瓦斯压力作用下突然抛出，造成事故。速将粘液密封腔充满粘液，先将氮气瓶减压表的压力调到0.8～1.0MPa，当粘液密封腔充满粘液后，再将氮气瓶减压表的压力暂时调到0.2～0.3MPa，封堵胶囊周边钻孔裂隙。氮气。注：补气一般选择氮气瓶补气。测压期间要定时观察和记录瓦斯压力、乳化液压力和粘液压力。如乳化液压力或粘液压力下降，应及时补压，保证乳化液压力高于瓦斯压力1.5MPa0.2～0.3MPa。如果瓦斯压力连续24斯压力。危险。的通道要通过手动式乳化液泵打压清洗，避免粘液堵塞管路。瓦斯含量测定装置及使用方法DGC的成套测定设备。由井下测定装置和地面测定装置组成，分为井下取芯与井下解吸系统、地面瓦斯解吸系统、称重系统、煤样粉碎解吸系统、水分测定系统和数据处理系统，是目前精度最高、速度最快的煤层瓦斯含量（W）及可解吸瓦斯含量（Wm）测定设备。测定流程如下图所示：井下取煤芯22取气地面进行气样分析2221井下测定30min煤芯瓦斯解吸量W21

地面测定煤芯瓦斯解吸量W

煤芯秤重、选取粉碎煤样23推算231瓦斯损失量W1

煤芯瓦斯解吸量W

粉碎瓦斯解吸量W修正 煤芯水分测定可解吸瓦斯含量Wm常压残存量Wc煤层瓦斯含量W图1 瓦斯含量测定流程仪器使用方法如下：物品，测试前要进行清点以防遗漏；需将充气后的密封装置浸入清水中检查气密性；钻机及钻杆配套性。到达取芯目的地后在钻机调整或开孔过程中要准备好井下解吸系统，在煤样取出前做好以下的准备工作：①首先将井下解吸仪底塞打开灌水至适当刻度，放入密封垫圈后拧紧底塞。②在井下解吸仪灌水过程务必注意防止密封垫圈丢失；灌水时要底座口朝上，待灌水完毕并上紧底塞（手持底座进行底塞的旋紧后要立即倒置井下解吸仪，使底座朝下并观察井下解吸仪内液面是否下降，若无下降则密封良好，若液面下降则检查底塞是否加密封垫圈以及旋紧底塞。③解吸仪灌水完（长度较长的气嘴（长度较短气嘴）待煤样筒装入煤样后连接煤样筒出气嘴，读取液面初值并记录。④打开煤样筒盖，准备煤样的装入；打开煤样筒盖上阀门检查出气嘴是否有堵塞现象，并将(KPa)和温度计读数(℃)。井下解吸装置连接如下图：81 50100715066507003 750 28005254图2解吸装置示意图度后退出钻杆换用取芯管进行取芯；取芯过程水（风）量大小可根据煤层软硬情况进行调整。②取芯管送达孔底后，调整钻进参数，进行取样钻进，同时用秒表记录起钻时间；钻进至取芯管装满为止，记录钻进结果时间；快速退出取芯管，将所取煤样进行适当分选，装进煤样筒，并用秒表记录煤样筒密封时间，取样工作结束；之后进行下一轮取芯作业。③仔细做好以下记录：取芯时间、取芯位置、取芯位置埋深、取芯人员、钻机及钻头型号、开孔时间及位置、开孔高度、开孔倾角及方位角、煤样粒度大小、煤层厚度、取芯深度、钻机钻进到预定深度时停钻时间、取芯开始时间、取芯结束时间、钻杆退出钻孔时间和开始解吸时间。煤样封装及井下解吸。①煤样取出后快速封入煤样筒，封入煤样筒煤样选取粒500g与井下解吸仪连接前准确读初值，井下解吸仪液面（凹液面）刻度并作记录作为初始刻度，连接瞬间待气体涌出后迅速读取液面刻度作为0min刻度并打开秒表计时。③然后每一分钟读取液面刻度一次，直至30min结束。④若解吸过程中解吸瓦斯体积达到井下解吸仪最大量程85%时，关闭煤样筒阀门重新给井下解吸仪灌水后再开启煤样筒阀门按照①操作步骤继续解吸，并将换水时间内的累加解吸量平均分配到换水时间上；始刻度读数之差即为井下瓦斯解吸量W21。所读读数务必做好记录填入相应已准备的表格。⑥解吸完毕后关闭煤样筒阀门，并放入清水中进行煤样筒气密性检测，若出现漏气现象则该样作废，若无漏气现象则放置一旁，待升井时一同带入实验室。（指示剂）的工作液；②将煤样筒出气嘴连接到地面瓦斯解吸测量管（1500ml/根）启地面解吸装置背光灯管，操作玻璃管操作手柄到吸水排气档，按动真空泵启动按钮进行排气吸水，当液面到达适当位置（根据瓦斯解吸量确定）时停止，调节解吸管操作手柄到隔绝真空泵连通状态，使解吸管处于密封状态。③解吸管密封性检测：在打1min密性良好，若存在要及时排除方可进行瓦斯解吸。实验室常压解吸。①在确认调试完好后，缓慢打开煤样筒阀门，隔一定时间间隔读取一次瓦斯的解吸量，时间间隔的长短取决于解吸速度；并注意观察解吸累计量1300ml时，关闭煤样筒阀门进行换水，并重复上述操作步骤，直至一分钟内瓦斯泻出量少于5ml时结束（约40min22W22与井下瓦斯解吸量W21之和换算为标况下单位质量瓦斯体积即为常压解吸瓦斯含量W2；解吸完毕后转入煤样称重操作系统。煤样总量称重及粉碎煤样称重。将常压解吸结束后的煤样从煤样筒倒入大煤样G称量，并做好相关记录。①从煤样盆中取两份相等量的二次煤样，记录二次煤样重量G2，煤样的质量一般取100~200g整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性。两份二次煤样测试结果30以上，则再取第三份二次煤样。②若煤样粒度较大（26mm铁锤在破碎试验台上粉碎到较小颗粒(量G2后，逐份将煤样装入粉碎机料钵中粉碎解吸。常压粉碎解吸。①连接解吸玻璃量管（1000ml/根，其操作与地面解吸系统中解吸玻璃量管操作相同，检查气路部分的气密性，保证气路系统和料钵、盖三者之间4.3.2.31111min10ml密性良好。②将称量好的二次煤样放入料钵内，盖好带有密封圈的盖子，并压紧密封W31或850mlW31W3230%，则取其平均值作为粉碎解吸W33～5min1min10ml止。⑦粉碎结束后，将料钵内煤样倒出并用棉花将料钵和滑块擦拭干净，重复上述步骤进行另一份煤样的粉碎，直至全部煤样粉碎结束。入煤样袋，并填写标签一同放入煤样袋保存；标签所填内容包括：取芯时间、取芯地点、取芯深度、煤样总重、粉碎二次煤样重量及其粉碎解吸量等。3.高压容量法测定吸附参数装置及使用方法HCA系统、脱气系统、充气系统、吸附系统、监测系统、附属物品。仪器使用方法如下：制备煤样。煤样粒度为0.2～0.25mm灰分、挥发分等参数；称样。对盛装试样的煤样杯应预先编号，保存到干燥器中。称取试样前，应将50g0.0001g烘干。将煤样杯中称好的煤样置于真空干燥箱内，设定真空干燥箱温度为80～85℃，启动真空泵开始脱气，当干燥箱内的真空度保持在13Pa6h左右取出，立即放入干燥器内冷却保存。不得造成煤样的抛撒与损失，煤样装入吸附罐后要轻敲震平，并在上面铺盖一衬有薄层脱脂棉的铜网，以防脱气或解吸瓦斯时细煤末飞出，旋紧螺钉，用游标卡尺测量罐缝高度（即吸附罐罐体与罐盖间的缝隙高度，它反应了每次装入煤样后，由于压紧螺钉的松紧程度不同而使死空间大小发生变化。将高压瓦斯气体充入吸附罐中检查气密4MPa检查各接头位置及高压阀门口、螺钉处均不应有气泡冒出。脱气。将经过气密性检查之吸附罐缓缓打开高压阀门，放掉高压瓦斯后与罗茨真空泵机组、脱气气路系统（即脱气箱）相联接。关闭真空机组的大气连通阀，依次开启真空计电源和真空机组，旋转气路系统的玻璃活塞，然后缓慢打开吸附罐高压阀门进行脱气，5604Pa4h闭吸附罐高压阀门，停止真空机组，并将真空机组与大气连通，关闭真空计。低压吸附实验。将充入瓦斯的量管和经过清洗的连接胶管与经过脱气的吸附罐相连。开启量管上部活塞使之处于与吸附罐相连通状态，移动水准瓶使水准瓶内的液面与量管内的液面保持一致，记录量管内的液面刻度，此刻度为量管初始体积。然后缓缓打开吸附罐的高压阀门，此时量管内的瓦斯将被吸入吸附罐内，注意不断移动水即可认为达到了吸附平衡。此时的吸附量为一个大气压下的吸附量。高压吸附实验。向完成低压吸附测定后的吸附罐内充入高压瓦斯，压力视试验4MPa“零”刻度位置，量管活塞处于接通吸附罐的位置，缓慢开启吸附罐的高压阀，并注意传感器数值下降情况，压力值下降约0.5～0.8Mpa时，立即关闭高压阀，将吸附罐重新置于恒温槽内平衡（平衡要求同前移动水准瓶读取量管内的瓦斯解吸体积，此瓦斯量即为先后两次平衡压力区间内从吸附罐中放出的瓦斯总量，同时记录此时的室温和大气压力。按照上述步骤逐次放出吸附罐中的高压瓦斯，同时记录各点吸附罐中每次相应放出的瓦斯量以及当时的室温和大气压力，然后把数据输入监测软件中。为保证试验必要的精度，高压吸附的平衡压6个点。吸附平衡的判断标