[发明专利]煤粒瓦斯扩散衰减特性的测定装置及方法

说明书

一种煤粒瓦斯扩散衰减特性的测试方法及其装置，适用于煤层瓦斯含量测定使用。其包括控制变量装置、恒温实验装置及数据采集装置，将制备并称量好的煤粒平铺装入恒温实验装置的圆盘状煤样罐中，在恒温条件下抽真空并检查装置气密性后向煤样罐中充入一定量的瓦斯气体并吸附平衡，通过数据采集装置的压力传感器采集的数据得到煤样罐中瓦斯扩散进入到集气罐中的体积，减去煤样罐中死空间瓦斯体积后即可得到煤粒中瓦斯扩散量随时间的变化规律，进而可得到煤粒暴露全过程中瓦斯扩散率、扩散系数随时间的演化规律，这将为煤层瓦斯含量测定提供依据，进而提高突出预测的准确率，同时也可为煤层气资源的可持续开发等提供快速、经济的计算工具。

技术领域

本发明涉及一种测定装置及方法，尤其适用于一种煤层瓦斯含量测定时使用的煤粒瓦斯扩散衰减特性的测定装置及方法。

背景技术

我国是煤炭大国，煤炭化石燃料的利用比率远高于世界水平，同时我国也是煤矿重特大事故多发的国家。瓦斯事故是当前我国煤矿灾害的主要形式，也是其他国家一直未能有效遏制的重大事故之一。建国以来，我国煤矿行业共发生25起死亡百人以上的特大事故，其中瓦斯事故23起，占事故总数的92％。由此可见，瓦斯事故对人类生命财产安全的威胁之大。

瓦斯灾害事故的控制首先需要有效的预测瓦斯含量及瓦斯扩散率，再对其采取防治措施，如煤层突出危险性和瓦斯涌出量预测、地面煤层气井和各种井下瓦斯抽采等。但是。目前已有的实验预测方法，如微观法：以脉冲场磁共振法(PFG-NMR)和准弹性中子散射法(QENS)为代表，得到的扩散系数与宏观法(体积法、重量法)具有较大差异；宏观法：以体积法、重量法为代表，它们的原理是测定煤样罐中在高压瓦斯下吸附达到平衡之后的煤体向外扩散的气体体积或重量变化，其中体积法为使用排水集气法，而重量法则使用微量天平对煤样的质量进行称量。由于含高压瓦斯的煤样在暴露初期瓦斯气体压力变化快且跨度大，不管是体积法还是重量法都无法对煤体暴露初期的扩散过程进行测定，仅能够测定煤样罐中煤体卸压达到大气压之后的扩散过程，存在一定的技术空白。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种检测准确、可靠的煤粒瓦斯扩散衰减特性的测定方法和装置，为煤层瓦斯含量预测提供依据，提高突出预测的准确率，为煤层气资源的可持续开发等提供快速、经济的计算工具。

技术方案：为实现上述技术目的，本发明的煤粒瓦斯扩散衰减特性的测定方法，煤粒瓦斯扩散衰减特性的测定装置，包括控制变量装置、恒温实验装置及数据采集装置；

所述控制变量装置包括充满瓦斯的高压气瓶，参考罐和真空泵，其中参考罐上的气口上分别设有阀门c和阀门d，参考罐上还设有压力表b，其中气口通过阀门与高压气瓶之间管路连接，气口通过阀门d与真空泵相连接，真空泵上设有阀门e；

所述恒温实验装置包括恒温水浴槽，恒温水浴槽分为两个槽体，一个槽体内设有集气罐，另一个槽体内设有煤样罐，煤样罐上的气口上分别设有阀门a和阀门b，气口通过阀门b与分别与真空泵和参考罐的气口相连接，煤样罐上气口通过阀门a与集气罐的进气口连接。

所述的数据采集装置包括安装在集气罐顶部的压力传感器，压力传感器通过数据采集卡连接有计算机。

所述煤样罐为扁平的圆盘结构，包括罐体和罐盖，罐体与罐盖之间通过螺栓紧固，罐体与罐盖之间设有的密封圈并通过密封圈密封，煤样罐的罐体内设有阶梯空间，空间内设有煤粒样品，煤粒样品上设有与煤样罐的内圆等大的圆形金属过滤网，且煤样罐内径与煤样堆积厚度之比超过20:1，样品的厚度，使实验条件接近ZOL法，可将煤粒样品内部各处的压力和浓度看作相同，避免渗流的影响。

所述参考罐的气口上设有压力表b，煤样罐的气口上设有压力表a。