安全工程專業(yè)實驗教程41煤層瓦斯含量井下自然解吸模擬測定

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煤層瓦斯含量井下自然解吸模擬測定一、實驗目的通過實驗使學生了解地勘時期煤層瓦斯含量的意義；掌握煤層瓦斯含量井下自然解吸測定方法二、實驗原理

將含瓦斯煤樣瞬間暴露于大氣中或類似于大氣環(huán)境條件的儀器中，根據(jù)等容、等壓、變?nèi)葑儔航馕頊y量煤層瓦斯含量。向煤層施工取芯鉆孔，將煤芯從煤層深部取出，及時放入煤樣筒中密封；測量煤樣筒中煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量Q21，并以此來計算瓦斯損失量Q1；把煤樣筒帶到實驗室然后在地面解吸儀上測量從煤樣筒中釋放出的瓦斯量Q22，與井下測量的瓦斯解吸量Q21，便可一起計算地勘時期煤層瓦斯井下自然解吸量Q2〔Q2=Q21+Q22〕。三、儀器設備瓦斯解吸速度測定儀煤樣罐機械秒表、扳手起子高壓氣瓶等。三、儀器設備1-管體；2-進氣口；3-排水口；4-灌水通道；5-底塞；6-煤樣罐；7-連接膠管；8-吊耳瓦斯解吸速度測定儀與煤樣罐連接示意圖三、儀器設備1-煤樣罐蓋；2-密封皮墊圈；3-密封墊；4-壓墊；5-壓緊螺絲煤樣罐結構示意圖及外觀四、實驗步驟

1、煤樣采樣〔1〕采樣前準備所有用于取樣的煤樣罐在使用前必須進行氣密性檢測；氣密性檢測可通過向煤樣罐內(nèi)注空氣至表壓1.5MPa以上，關閉后擱置12h，壓力不降方可使用。不應在絲扣和膠墊上涂潤滑油。解吸儀在使用之前，將量管內(nèi)灌滿水，關閉底塞并倒置過來，放置10min后量管內(nèi)水面不下降為合格?！?〕煤樣采集采樣鉆孔布置：同一地點至少布置兩個取樣鉆孔，取樣點間距不小于5m。采樣方式：在石門或巖石巷道可打穿層鉆孔采取模樣，在新暴露的煤巷中應首選煤芯采取器〔簡稱煤芯管〕或其他地點取樣裝置定點取芯。根據(jù)需要也可在卸壓區(qū)域采取煤樣。四、實驗步驟

鉆屑取樣方式示意圖四、實驗步驟

采樣深度：采樣深度應按以下兩種情況確定：測定煤層原始瓦斯含量時，采樣深度應超過鉆孔施工地點巷道的影響范圍，并滿足以下要求：在采掘工作面取樣時，采樣深度應根據(jù)采掘工作面的暴露時間來確定，但不應小于12m；在石門或巖石巷道采樣時，距煤層的垂直距離應視巖性而定，但不應小于5m。抽采后測定煤層剩余瓦斯含量時，采樣深度應符合?防治煤與瓦斯突出規(guī)定?的要求。采樣時間：采樣時間是指用于瓦斯含量測定的煤樣從暴露到被裝入煤樣罐密封所用的實際時間，不應超過5min。四、實驗步驟

采樣要求：采集煤樣時應滿足以下要求：對于柱狀煤芯，采取中間不含矸石的完整的局部；對于粉狀及塊狀煤芯，要剔除矸石及研磨燒焦局部；不應用水清洗煤樣，保持自然狀態(tài)裝人密封罐中，不可壓實，罐口保存約10mm空隙。采樣記錄：采樣時，應同時收集以下有關參數(shù)記錄在采樣記錄表中。采樣地點：礦井名稱、煤層名稱、埋深〔地面標高、煤層底板標高〕、采樣深度、鉆孔方位、鉆孔傾角；采樣時間：取樣開始時間、取樣結束時間、煤樣裝罐結束時間；各種編號：罐號、樣品編號。四、實驗步驟

2、模擬測定方法及步驟〔1〕氣密性檢查對瓦斯解吸速度測定儀和煤樣罐進行氣密性檢查，選用合格的設備。〔2〕煤樣的預處理將制備好的煤樣〔約400g〕裝入煤樣罐中，裝罐時應盡量將罐裝滿壓實，以減少罐內(nèi)死空間的體積，在煤樣上加蓋脫脂棉或80目銅網(wǎng)，密封密封罐?！?〕煤樣瓦斯吸附平衡把煤樣罐與高壓氣瓶進行連接，擰開高壓瓦斯鋼瓶閥門，使高壓瓦斯鋼瓶與煤樣罐連通，對煤樣罐煤樣進行充氣0.5h。四、實驗步驟

〔4〕煤層瓦斯含量模擬測定首先，準備好機械秒表和瓦斯解吸儀，測定并記錄氣溫和氣壓，按照圖4-1所示分別將煤樣罐和瓦斯含量解吸儀連接好，然后關翻開煤樣罐的閥門，同時按下秒表開始計時；按照1min的時間間隔，讀取并記錄瓦斯解吸儀內(nèi)的瓦斯氣體量。每間隔一定時間記錄量管讀數(shù)及測定時間，連續(xù)觀測60～120min或解吸量小于2ml/min為止。開始觀測前30min內(nèi)，間隔1min讀一次數(shù)，以后每隔2～5min讀一次數(shù)；將觀測結果填寫到測定記錄表中，同時記錄氣溫、水溫及大氣壓力。測定結束后，密封煤樣罐，并將煤樣罐沉人清水中，仔細觀察10min，如果發(fā)現(xiàn)有氣泡冒出，那么該試樣作廢應重新取樣測試。四、實驗步驟

〔5〕地面解吸瓦斯含量的測定井下取芯與解吸人員升井后立即把裝有煤樣的煤樣筒帶入實驗室進行地面瓦斯解吸，并記錄到達實驗室和開始地面解吸的時間。解吸管密封性檢測：在翻開煤樣筒閥門解吸開始前觀察液面下降情況，是否有漏氣存在，假設存在要及時排除方可進行瓦斯解吸。在確認調(diào)試完好后，注意記錄解吸管的初始刻度，緩慢翻開煤樣筒閥門，隔一定時間間隔讀取一次瓦斯的解吸量，時間間隔的長短取決于解吸速度，解吸時間約40min，具體視解吸情況而定；并注意觀察解吸累計量的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)異常及時處理，或報廢；假設長時間無氣體出現(xiàn)可停止解吸，記錄終止讀數(shù)。測量結束后，記錄釋放出的瓦斯量Q22，Q22與井下瓦斯解吸量Q21之和換算為標況下單位質(zhì)量瓦斯體積即為可解吸瓦斯含量Q2；四、實驗步驟

3、計算采樣過程中的損失瓦斯量〔1〕解吸時間確實定煤樣裝罐前解吸瓦斯時間是煤樣在鉆孔內(nèi)解吸時間t1與其在地面空氣中解吸時間t2之和，即：t0＝t1＋t2〔4-1〕式中：t1——通過地面鉆孔采樣時，取整個提鉆時間的二分之一，通過井下巖巷采樣時，取煤樣從揭露至提升到孔口時間，分；t2——煤樣提到孔口至裝罐密封時間，分。煤樣總的解吸瓦斯時間T0是裝罐前的解吸時間t0與裝罐后解吸瓦斯時間t之和，即：T0＝t0＋t〔4-2〕四、實驗步驟

〔2〕瓦斯損失量計算計算之前要首先將瓦斯解吸觀測中得出的每次量管讀數(shù)按〔4-3〕式換算為標準條件下的體積，瓦斯損失量可用圖解法或數(shù)學解析法求得。〔4-3〕式中：——標準狀態(tài)下的瓦斯解吸總量，cm3；——實驗環(huán)境下實測瓦斯解吸總量，cm3；——量管內(nèi)水溫，℃；——大氣壓力，Pa