[发明专利]煤样水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验装置及其实验方法

说明书

技术领域

本发明属于瓦斯实验技术领域，特别是涉及一种水分含量可控的实验室瓦斯吸附解吸实验装置及其实验方法。

背景技术

2014年我国煤炭产量达到38.7亿吨，接近世界产量一半。煤炭在我国的一次能源消费结构中，约占70％，预计2050年有所降低但仍将占50％。随着开采深度的增加，一部分浅部开采的矿井逐渐进行深部开采，非突出矿井变为突出矿井，虽然经过几十年的摸索，我国在治理矿井瓦斯灾害方面取得了一定的成绩，但矿井瓦斯事故仍然存在。2015年2月12日，山西省阳泉煤业集团一煤矿突发煤与瓦斯突出，造成3人死亡；2015年2月28日，江西省乐平矿务局涌山煤矿发生煤与瓦斯突出事故，造成4人死亡；2015年10月9日，上饶县枫岭头镇永吉煤矿发生一起局部瓦斯爆炸事故，10名矿工被困井下。为了治理瓦斯灾害，常用的措施是采用煤层注水抑制瓦斯的解吸、高压水力割缝促进瓦斯的解吸再结合瓦斯抽采技术等。

煤层注水抑制瓦斯解吸从而消除煤层突出危险性的作用机理如下：(1)填充煤的孔隙，降低煤的孔隙空间，减少瓦斯与煤接触的面积；(2)作为湿润剂，改变引起突出的因素和煤本身的物理力学性质和渗透性质；(3)弹性变形减少，塑形变形增加，工作面附近煤层的弹性潜能减少，应力集中区移向煤体深处。

高压水力割缝结合瓦斯抽采消除突出的作用机理如下：(1)增加煤体的暴露面积，为煤层内部卸压、瓦斯解吸流动创造条件，增大煤层的透气性；(2)煤体向缝槽空间膨胀，增加煤体中的裂隙，大大改善煤层中的瓦斯流动状态，为瓦斯抽放提供条件；(3)抽采瓦斯后，煤层的瓦斯含量降低，突出危险性降低。

对于煤的瓦斯吸附解吸研究主要是在实验室进行的，且研究的主要因素也主要集中在温度、压力、粒径、变质程度方面，而在水对煤的瓦斯吸附解吸性能方面的研究还较少，加上缺乏相应的实验研究装置，因此，所进行的实验不能较为真实的模拟现场煤层注水后实际的吸附解吸情况。从现在的吸附解吸实验装置来看，在注入外加水来改变实验煤样的水分含量和使进入煤样罐的水分均匀分布于煤样方面，国内有学者的做法是向煤样罐中注入水分之后，对煤样进行搅拌，使水分能均匀分布于煤体中，虽然这样可以加速水分与煤的混合均匀，但与现实情况不符，因为在搅拌的过程中会对整个煤样的吸附解吸状态和吸附解吸能力有影响，从而不能用于研究水分对煤的瓦斯吸附解吸的影响。。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种除了能够满足常规的吸附解吸实验外，还可以针对同一实验煤样改变其水分含量又不影响其本身的吸附解吸性能的煤样水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验装置。

同时，本发明还提供了一种煤样水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验方法，该方法解决实验条件下难以真实的研究煤中水分含量对瓦斯吸附解吸规律影响的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

煤样水分含量可控的瓦斯吸附解吸实验装置，包括充气系统、真空脱气系统、恒温系统、瓦斯吸附解吸测定系统以及煤样注水系统；

所述充气系统包括高压储气瓶和减压阀，所述高压储气瓶上的高压储气瓶阀与减压阀的进气口连接；

所述真空脱气系统包括真空泵、与真空泵相连的真空管、真空度传感器、高精度压力表Ⅰ和真空阀；所述减压阀的出气口与三通Ⅰ的一端口连接，所述三通Ⅰ的另外两个端口中的一个与真空阀的进气口连接，所述真空阀的出气口通过真空管与真空泵连接，所述真空度传感器的一端与真空管连接，真空度传感器的另一端与高精度压力表Ⅰ连接；

所述恒温系统包括恒温水浴箱；