DGC型瓦斯含量直接測定裝置技術原理、組成及操作方法(培訓版)

1、DGCDGC型瓦斯含量直接測定裝置技術原理、型瓦斯含量直接測定裝置技術原理、組成及操作方法組成及操作方法交流內(nèi)容交流內(nèi)容內(nèi)容注意事項注意事項操作方法操作方法DGCDGC組成組成前言前言技術原理技術原理1 前前 言言技術來源技術來源DGCDGC型瓦斯含量直接測定裝置是我國型瓦斯含量直接測定裝置是我國“十五十五”、“十一五十一五”等系列科技攻關成果，由煤炭科學研究總院重慶研究等系列科技攻關成果，由煤炭科學研究總院重慶研究院研制并具有完全自主知識產(chǎn)權。經(jīng)鑒定達到了國際領院研制并具有完全自主知識產(chǎn)權。經(jīng)鑒定達到了國際領先水平，申請專利先水平，申請專利5 5項，制定行業(yè)標準項，制定行業(yè)標準1 1項、國家

2、標準項、國家標準1 1項項。瓦斯含量瓦斯含量定義定義在自然條件下（一般指標準狀況下），單位質(zhì)量或單位在自然條件下（一般指標準狀況下），單位質(zhì)量或單位體積煤體中所含有的瓦斯量，單位為體積煤體中所含有的瓦斯量，單位為m m/t/t或或m m/m/m。簡簡 介介DGCDGC型瓦斯含量直接測定裝置是用于煤層瓦斯含量、可解型瓦斯含量直接測定裝置是用于煤層瓦斯含量、可解吸瓦斯含量測定的成套實驗裝備，分為井下部分和地面吸瓦斯含量測定的成套實驗裝備，分為井下部分和地面部分，地面需建立專門的實驗室。部分，地面需建立專門的實驗室。用用 途途直接、準確測定煤層瓦斯含量，用于礦井采掘部署、開直接、準確測定煤層瓦斯含量

3、，用于礦井采掘部署、開拓延伸設計、煤層瓦斯賦存規(guī)律研究、瓦斯涌出量預測拓延伸設計、煤層瓦斯賦存規(guī)律研究、瓦斯涌出量預測、瓦斯抽采效果評價、煤層氣資源評價、突出危險性區(qū)、瓦斯抽采效果評價、煤層氣資源評價、突出危險性區(qū)域預測及區(qū)域驗證等方面。域預測及區(qū)域驗證等方面。依依 據(jù)據(jù)由煤炭科學研究總院重慶研究院和沈陽研究院共同由煤炭科學研究總院重慶研究院和沈陽研究院共同制定的國家標準制定的國家標準煤層瓦斯含量井下直接測定方法煤層瓦斯含量井下直接測定方法（GB/T 23250-2009GB/T 23250-2009）。）。22 技術原理技術原理直接法直接法煤層瓦斯壓力煤層瓦斯壓力煤層瓦斯含量煤層瓦斯含量間接

4、法間接法 2現(xiàn)場井下直接測定現(xiàn)場井下直接測定煤層瓦斯壓力、取煤層瓦斯壓力、取煤樣（全層樣）實煤樣（全層樣）實驗室測定煤的吸附驗室測定煤的吸附常數(shù)、工業(yè)分析等常數(shù)、工業(yè)分析等指標，根據(jù)朗格繆指標，根據(jù)朗格繆爾方程進行瓦斯含爾方程進行瓦斯含量的計算。量的計算。通過測定或推算一定通過測定或推算一定質(zhì)量的煤芯（井下定質(zhì)量的煤芯（井下定點采?。┰谟邢迺r間點采取）在有限時間內(nèi)所解吸出的所有瓦內(nèi)所解吸出的所有瓦斯在標況下的體積，斯在標況下的體積，可得到單位質(zhì)量煤芯可得到單位質(zhì)量煤芯所解吸出的瓦斯含量，所解吸出的瓦斯含量，即為煤層瓦斯含量。即為煤層瓦斯含量。 直接法優(yōu)點：克服了間接法測定費時、工程量大、受地質(zhì)

5、條件限制等缺陷，可大量布置測定，測定速度快、準確度高（技術方法本身。大量布點控制） 。粉碎前自然解粉碎前自然解吸瓦斯量吸瓦斯量 （W2）常壓吸附瓦斯量常壓吸附瓦斯量（WcWc）DGCDGC裝置技術裝置技術原理原理 常壓下不可解，常壓下不可解，對突出沒有貢獻，對突出沒有貢獻，也無法抽采利用。也無法抽采利用。瓦斯含量直瓦斯含量直接法測定準接法測定準確性的關鍵。確性的關鍵。損失瓦斯含量損失瓦斯含量（W1W1）包含井下常包含井下常壓解吸量壓解吸量（W21）和）和地面常壓解地面常壓解吸量吸量W22）粉碎自然解吸瓦粉碎自然解吸瓦斯量斯量 （W3） 采用粉碎采用粉碎方式加速方式加速瓦斯解吸瓦斯解吸DGC裝置

6、測裝置測定技術工藝定技術工藝損失瓦斯含量損失瓦斯含量（W1）：）：測定煤樣測定煤樣初始解吸速度、初始解吸速度、損失時間，采損失時間，采用瓦斯解吸模型用瓦斯解吸模型推算得到推算得到 。粉碎前自然解吸瓦粉碎前自然解吸瓦斯量斯量 （W2）：）：常壓常壓下井下解吸儀測定下井下解吸儀測定井下解吸量（井下解吸量（W21）和地面解吸儀測和地面解吸儀測定解吸量（定解吸量（W22）。）。粉碎自然解吸瓦粉碎自然解吸瓦斯量斯量 （W3）：）：采用采用粉碎機粉碎煤樣加速粉碎機粉碎煤樣加速瓦斯解吸，用地面解瓦斯解吸，用地面解吸儀測定在粉碎過程吸儀測定在粉碎過程瓦斯解吸量（瓦斯解吸量（W3）。）。常壓吸附瓦斯量常壓吸附瓦

7、斯量（Wc）：）：采用采用a、b吸附常數(shù)、工業(yè)吸附常數(shù)、工業(yè)分析等指標應用分析等指標應用朗格繆爾方程朗格繆爾方程進行計算。進行計算。取樣方式、取樣損失時間與煤樣保質(zhì)間的關系：取樣粒徑取樣方式、取樣損失時間與煤樣保質(zhì)間的關系：取樣粒徑較大（如采用取芯管取樣），瓦斯解吸速度慢，可允許取較大（如采用取芯管取樣），瓦斯解吸速度慢，可允許取樣時間（損失時間）較長；若取樣粒徑較?。ㄈ绮捎脡猴L樣時間（損失時間）較長；若取樣粒徑較?。ㄈ绮捎脡猴L引射裝置取樣），瓦斯解吸速度快，則要求取樣時間（損引射裝置取樣），瓦斯解吸速度快，則要求取樣時間（損失時間）要小。這兩種方式滿足取樣要求。失時間）要小。這兩種方式滿足取

8、樣要求。3 DGC裝置組成裝置組成DGC裝置裝置井下取芯井下取芯系統(tǒng)系統(tǒng)井下解吸井下解吸系統(tǒng)系統(tǒng)地面瓦斯地面瓦斯解吸系統(tǒng)解吸系統(tǒng)稱重稱重系統(tǒng)系統(tǒng)粉碎解吸粉碎解吸系統(tǒng)系統(tǒng)水分測定水分測定系統(tǒng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)系統(tǒng) 本套設備的安裝主要為地面實驗室的建設，地面實驗室需要面積為20m2左右的地面平房地面平房，內(nèi)部需經(jīng)過簡單裝修，配有空調(diào)或暖氣、水池、兩個高度為0.8m和一個高度為0.4m的鐵質(zhì)或固定試驗平臺。配備220V和380V電源。因粉碎機工作過程產(chǎn)生一定的噪音，實驗室應遠離生活區(qū)或?qū)嶒炇覒h離生活區(qū)或辦公區(qū)辦公區(qū)。實驗室設備位置關系如下圖所示。1、圖中尺寸單位為mm；2、該圖為實驗設備關系

9、位置圖；3、鋪膠皮的地面指的是直接在地面鋪設膠皮以減少震動和噪音；4、實驗臺高度除特別注明外均為600mm，實驗臺寬度也可為600mm；5、實驗室應配備足夠多的220 和380 電源插座和多功能插線板；6、里面所提到的桌子均為普通辦公桌，實木桌子指結(jié)識耐用的普通桌子；防突實驗室布置平面示意圖排氣扇排氣扇走 廊 P、煤的堅固性系數(shù)等實驗室220電源220/380電源220電源380電源工業(yè)分析實驗臺MJC實驗臺辦公桌辦公椅 實驗臺水槽空調(diào)鋪膠皮的地面（放置粉碎機）380電源220電源380電源空調(diào)220電源DGC實驗室鋪設鐵皮的桌子（鐵皮厚度不小于5mm）辦公桌及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)工具柜文件柜水槽實驗

10、臺（放置稱重系統(tǒng)、水分測定系統(tǒng)等）解吸實驗臺（高度為400mm）220/380電源220電源220電源實驗臺（放置解吸實驗柜、恒溫水浴、恒溫水槽、脫氣箱、熱偶真空計）380電源鋪膠皮的地面（放置脫氣系統(tǒng)）門門HCA實驗室防盜門門排氣扇排氣扇辦公椅辦公桌實驗臺（放置小型真空泵、真空干燥箱、干燥塔、干燥器等）文件柜工具柜空調(diào)水槽高壓氣瓶實木桌（放置充氣系統(tǒng)及固定底座）辦公桌（放置數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)）DGC實驗室設備布置及位置關系圖4 DGC裝置使用操作方法裝置使用操作方法 DGC裝置使用流程圖瓦斯含量測定過程煤樣狀態(tài)取樣過各程時刻煤樣解吸時間t常壓吸附瓦斯含量Wc粉碎解吸瓦斯含量W3二次煤樣粉碎煤

11、樣總重G及二次煤樣G1、G2稱量粉碎前自然解吸瓦斯含量W2地面解吸瓦斯含量W22地面實驗室常壓解吸井下及時進行30min解吸關閉煤樣筒閥門升井井下解吸瓦斯含量W21損失瓦斯含量W1煤樣封入密封裝置煤樣完全暴露解吸時間t3取樣過程煤樣解吸時間t2孔底暴露煤樣解吸時間t1煤樣完全暴露于空氣中封入煤樣筒后開始解吸時刻取樣取滿結(jié)束取樣時刻取芯管送入孔底鉆進開始取樣時刻煤樣逐漸剝落并暴露煤樣處于原始賦存狀態(tài)未解吸孔底煤樣開始暴露鉆孔開孔到預定深度時刻瓦斯含量測定時序圖DGC裝置4.1 井下取芯及解吸系統(tǒng)井下取芯及解吸系統(tǒng)一、設備組成：取芯管、引射取樣裝置、井下解吸儀、大氣壓力表、工具、秒表、機械表等。二

12、、下井前的準備工作 取樣裝置與鉆機配套性 取樣設備及工具設備清點 操作人員和打鉆人員安排 相關記錄表格準備三、井下準備工作 井下解吸儀充工作液及檢漏 煤樣筒蓋子及閥門開啟準備等井下裝置四、定點取樣（1 1）取芯管取樣裝置）取芯管取樣裝置鉆機配套性：與50鉆桿配套，僅提供取芯管。使用方法：采用大于取芯管外徑的鉆頭預開孔到取樣位置，退出鉆桿換裝取芯管到孔底后鉆進取樣；在取樣過程中需記錄鉆機鉆進到預定深度時停鉆時間、取芯開始時間、取芯結(jié)束時間和開始解吸時間，用于損失時間t計算。 使用條件及優(yōu)缺點：上向孔，深度不大于50m的較硬煤層。取樣過程一定要采用壓風或水進行排渣、冷卻，不然煤樣會因溫度過高而變質(zhì)

13、。單層取芯管雙層取芯管外形 (2)(2)壓風引射連續(xù)定點取樣裝置壓風引射連續(xù)定點取樣裝置連續(xù)定點取芯裝置原理示意圖連續(xù)定點取芯裝置原理示意圖與鉆井配套性：與使用與鉆井配套性：與使用50鉆桿的液壓鉆機配套。鉆桿的液壓鉆機配套。使用方法：正壓吹風鉆進，鉆進到取樣深度后翻轉(zhuǎn)風流方向負壓取樣。使用方法：正壓吹風鉆進，鉆進到取樣深度后翻轉(zhuǎn)風流方向負壓取樣。取樣過程鉆進速度一定要慢，當出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時正壓吹風疏通。取樣過程鉆進速度一定要慢，當出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時正壓吹風疏通。使用條件及優(yōu)缺點：使用條件及優(yōu)缺點：連續(xù)定點取芯裝置連續(xù)定點取芯裝置五、煤樣封裝及井下解吸 （1）煤樣采取出來后選取粒徑較大、保質(zhì)性好煤塊快

14、速裝入煤樣筒； （2）讀取初值后快速與井下解吸儀連接開始解吸，然后每分鐘記錄一次讀數(shù)， 直至30min后解吸結(jié)束，關閉煤樣筒閥門，井下解吸量為W21；換水情況。 （3）將解吸結(jié)束后的煤樣筒浸入水桶中檢測氣密性。 （4）上述解吸速度、損失時間t結(jié)合解吸模型可進行損失瓦斯含量W1計算。六、多組煤樣的采取與解吸 七、井下需記錄內(nèi)容 取芯時間、取芯位置、取芯人員、鉆孔信息、煤樣粒度大小描述（五類）。八、注意事項 盡可能地減少取樣時間；如實反映打鉆過程中的噴孔、頂鉆、排粉等情況；本次井下解吸系統(tǒng)操作過程中一定要注意煤樣筒的氣密性和井下解吸儀的防漏水性；煤樣筒在升井到達實驗室直至實驗室解吸開始過程中一定確

15、保閥門處于關閉狀態(tài)；正確使用每個儀器，防止儀器損壞或丟失；多個煤樣筒升井及運輸時避免相互碰撞而導致閥門松動漏氣。九、該操作系統(tǒng)中可能存在的問題 （1）井下解吸量少時可提前結(jié)束，不必解吸30min； （2）對解吸速度較快煤樣，后段解吸數(shù)據(jù)不可用于損失量推算； （3）當環(huán)境溫度小于煤層溫度時存在倒吸現(xiàn)象； （4）兩種取樣裝置均存在取樣一定的局限性。4.2 地面解吸系統(tǒng)地面解吸系統(tǒng) v 地面解吸系統(tǒng)建立在地面實驗室內(nèi)，包括地面瓦斯解吸儀、煤樣筒、工具等。 v 來樣登記 v 解吸前準備工作 解吸玻璃管充工作液（飽和食鹽水或自來水），進行氣密性檢測。v 實驗室常壓解吸 讀取初值，將解吸玻璃管與煤樣筒連接

16、，開啟閥門開始解吸，當解吸到解吸量小于5ml/min時解吸結(jié)束，地面常壓解吸量為W22，立即進入下一流程；換水情況。W21與W22之和則為粉碎前常壓瓦斯解吸量W2。v 多組煤樣的解吸 v 注意事項（ 工作液、工作液、防治吸入真空泵、初值問題、氣密性檢驗、換水問題、手柄操作、倒吸現(xiàn)象）4.3 稱重系統(tǒng)稱重系統(tǒng)v 用于煤樣總重量（G）稱量v 稱量系統(tǒng)包括電子天平、大煤樣盆、小煤樣盆、煤樣勺等v 選取與整體煤樣粒徑像似煤樣150g左右作為粉碎二次煤樣（G1、G2）稱量，二次煤樣粒徑應小于26mmv 注意事項（去皮、去除矸石等）電子天平4.4 煤樣粉碎解吸系統(tǒng)煤樣粉碎解吸系統(tǒng) v用途：粉碎二次煤樣，加

17、速解吸v粉碎系統(tǒng)包括振動臺、料缽、沖擊塊和工具 v常壓粉碎解吸 （1）將地面解吸儀解吸玻璃管（1000ml組）充工作液并檢測氣密性；（2）將二次煤樣及時倒入粉碎機料缽壓緊后與地面解吸儀連接；（3）讀取初值開啟粉碎，粉碎至2min左右或解吸量較少時結(jié)束粉碎，讀取終值，則粉碎瓦斯解吸含量為W3；（4）連續(xù)粉碎多個煤樣時應對料缽進行降溫處理；（5）單次解吸超過量管量程時應換水。v煤樣保存制樣粉碎機4.5 水分測定系統(tǒng)水分測定系統(tǒng)v 用途：采用水力排渣時煤樣被水打濕，質(zhì)量增加，采用水分測定儀對混入水分進行校正v 取樣當采用水力排渣時，應在鉆孔附近煤壁采用刻槽法采取煤樣100g左右用于煤樣原始水分測定。

18、v 注意事項（精密儀器、加熱時間不宜太長、易損件、不清晰等）水分快速測定儀v粉碎前常壓解吸瓦斯含量W2：標況下單位質(zhì)量煤樣井下瓦斯解吸量W21與標況下單位質(zhì)量煤樣實驗室瓦斯解吸量W22）之和v粉碎解吸瓦斯量W3：標況下單位質(zhì)量煤樣粉碎解吸瓦斯量v常壓吸附瓦斯量Wc：瓦斯壓力為0.1Mpa時采用朗格繆爾方程計算得到v可解吸瓦斯含量：W可=W1+W2+W3v瓦斯含量：W=Wc+W可4.6 數(shù)據(jù)處理及計算系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及計算系統(tǒng) W1詳細計算過程：設損失時間為t0，4min時開始解吸，損失瓦斯含量為W1，5min時解吸量為Q1、 6min時解吸量為Q2、 7min時解吸量為Q3、 、34min時解吸量為Q30則：Q1+ W1=a(1+