安全工程专业实验教程41煤层瓦斯含量井下自然解吸模拟测定

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煤层瓦斯含量井下自然解吸模拟测定一、实验目的通过实验使学生了解地勘时期煤层瓦斯含量的意义；掌握煤层瓦斯含量井下自然解吸测定方法二、实验原理

将含瓦斯煤样瞬间暴露于大气中或类似于大气环境条件的仪器中，根据等容、等压、变容变压解吸原理测量煤层瓦斯含量。向煤层施工取芯钻孔，将煤芯从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封；测量煤样筒中煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量Q21，并以此来计算瓦斯损失量Q1；把煤样筒带到实验室然后在地面解吸仪上测量从煤样筒中释放出的瓦斯量Q22，与井下测量的瓦斯解吸量Q21，便可一起计算地勘时期煤层瓦斯井下自然解吸量Q2〔Q2=Q21+Q22〕。三、仪器设备瓦斯解吸速度测定仪煤样罐机械秒表、扳手起子高压气瓶等。三、仪器设备1-管体；2-进气口；3-排水口；4-灌水通道；5-底塞；6-煤样罐；7-连接胶管；8-吊耳瓦斯解吸速度测定仪与煤样罐连接示意图三、仪器设备1-煤样罐盖；2-密封皮垫圈；3-密封垫；4-压垫；5-压紧螺丝煤样罐结构示意图及外观四、实验步骤

1、煤样采样〔1〕采样前准备所有用于取样的煤样罐在使用前必须进行气密性检测；气密性检测可通过向煤样罐内注空气至表压1.5MPa以上，关闭后搁置12h，压力不降方可使用。不应在丝扣和胶垫上涂润滑油。解吸仪在使用之前，将量管内灌满水，关闭底塞并倒置过来，放置10min后量管内水面不下降为合格。〔2〕煤样采集采样钻孔布置：同一地点至少布置两个取样钻孔，取样点间距不小于5m。采样方式：在石门或岩石巷道可打穿层钻孔采取模样，在新暴露的煤巷中应首选煤芯采取器〔简称煤芯管〕或其他地点取样装置定点取芯。根据需要也可在卸压区域采取煤样。四、实验步骤

钻屑取样方式示意图四、实验步骤

采样深度：采样深度应按以下两种情况确定：测定煤层原始瓦斯含量时，采样深度应超过钻孔施工地点巷道的影响范围，并满足以下要求：在采掘工作面取样时，采样深度应根据采掘工作面的暴露时间来确定，但不应小于12m；在石门或岩石巷道采样时，距煤层的垂直距离应视岩性而定，但不应小于5m。抽采后测定煤层剩余瓦斯含量时，采样深度应符合?防治煤与瓦斯突出规定?的要求。采样时间：采样时间是指用于瓦斯含量测定的煤样从暴露到被装入煤样罐密封所用的实际时间，不应超过5min。四、实验步骤

采样要求：采集煤样时应满足以下要求：对于柱状煤芯，采取中间不含矸石的完整的局部；对于粉状及块状煤芯，要剔除矸石及研磨烧焦局部；不应用水清洗煤样，保持自然状态装人密封罐中，不可压实，罐口保存约10mm空隙。采样记录：采样时，应同时收集以下有关参数记录在采样记录表中。采样地点：矿井名称、煤层名称、埋深〔地面标高、煤层底板标高〕、采样深度、钻孔方位、钻孔倾角；采样时间：取样开始时间、取样结束时间、煤样装罐结束时间；各种编号：罐号、样品编号。四、实验步骤

2、模拟测定方法及步骤〔1〕气密性检查对瓦斯解吸速度测定仪和煤样罐进行气密性检查，选用合格的设备。〔2〕煤样的预处理将制备好的煤样〔约400g〕装入煤样罐中，装罐时应尽量将罐装满压实，以减少罐内死空间的体积，在煤样上加盖脱脂棉或80目铜网，密封密封罐。〔3〕煤样瓦斯吸附平衡把煤样罐与高压气瓶进行连接，拧开高压瓦斯钢瓶阀门，使高压瓦斯钢瓶与煤样罐连通，对煤样罐煤样进行充气0.5h。四、实验步骤

〔4〕煤层瓦斯含量模拟测定首先，准备好机械秒表和瓦斯解吸仪，测定并记录气温和气压，按照图4-1所示分别将煤样罐和瓦斯含量解吸仪连接好，然后关翻开煤样罐的阀门，同时按下秒表开始计时；按照1min的时间间隔，读取并记录瓦斯解吸仪内的瓦斯气体量。每间隔一定时间记录量管读数及测定时间，连续观测60～120min或解吸量小于2ml/min为止。开始观测前30min内，间隔1min读一次数，以后每隔2～5min读一次数；将观测结果填写到测定记录表中，同时记录气温、水温及大气压力。测定结束后，密封煤样罐，并将煤样罐沉人清水中，仔细观察10min，如果发现有气泡冒出，那么该试样作废应重新取样测试。四、实验步骤

〔5〕地面解吸瓦斯含量的测定井下取芯与解吸人员升井后立即把装有煤样的煤样筒带入实验室进行地面瓦斯解吸，并记录到达实验室和开始地面解吸的时间。解吸管密封性检测：在翻开煤样筒阀门解吸开始前观察液面下降情况，是否有漏气存在，假设存在要及时排除方可进行瓦斯解吸。在确认调试完好后，注意记录解吸管的初始刻度，缓慢翻开煤样筒阀门，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，解吸时间约40min，具体视解吸情况而定；并注意观察解吸累计量的变化规律，发现异常及时处理，或报废；假设长时间无气体出现可停止解吸，记录终止读数。测量结束后，记录释放出的瓦斯量Q22，Q22与井下瓦斯解吸量Q21之和换算为标况下单位质量瓦斯体积即为可解吸瓦斯含量Q2；四、实验步骤

3、计算采样过程中的损失瓦斯量〔1〕解吸时间确实定煤样装罐前解吸瓦斯时间是煤样在钻孔内解吸时间t1与其在地面空气中解吸时间t2之和，即：t0＝t1＋t2〔4-1〕式中：t1——通过地面钻孔采样时，取整个提钻时间的二分之一，通过井下岩巷采样时，取煤样从揭露至提升到孔口时间，分；t2——煤样提到孔口至装罐密封时间，分。煤样总的解吸瓦斯时间T0是装罐前的解吸时间t0与装罐后解吸瓦斯时间t之和，即：T0＝t0＋t〔4-2〕四、实验步骤

〔2〕瓦斯损失量计算计算之前要首先将瓦斯解吸观测中得出的每次量管读数按〔4-3〕式换算为标准条件下的体积，瓦斯损失量可用图解法或数学解析法求得。〔4-3〕式中：——标准状态下的瓦斯解吸总量，cm3；——实验环境下实测瓦斯解吸总量，cm3；——量管内水温，℃；——大气压力，Pa