一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含瓦斯煤等壓加水方法與裝置，適用于含瓦斯煤在水分單因素影響下的吸附?解吸規(guī)律及滲吸置換效應(yīng)模擬測試研究。所述裝置通過定制玻璃瓶、蠟封和密封膠實現(xiàn)對液態(tài)蒸餾水的密封并與實驗煤樣一起提前預(yù)置于密閉煤樣罐內(nèi)，不影響對實驗煤樣抽真空及吸附平衡；需要水分進(jìn)入含瓦斯煤時，只需向下旋轉(zhuǎn)密閉煤樣罐頂部的旋轉(zhuǎn)針閥，針閥向下運(yùn)動擠壓玻璃瓶，瓶底受到擠壓而破碎，水分溢出，從而實現(xiàn)了含瓦斯煤等壓加水。本發(fā)明簡單易行，有效解決了高壓注水中注水壓力破裂煤體、高壓水驅(qū)替及注入水體積對實驗系統(tǒng)的影響與干擾，為單獨研究水分單因素作用下含瓦斯煤的吸附?解吸規(guī)律及滲吸置換效應(yīng)創(chuàng)造了條件。
【專利說明】
一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置，尤其適用于模擬測試水分單因素影響下的含瓦斯煤吸附-解吸特性及滲吸置換效應(yīng)實驗研究。
【背景技術(shù)】
[0002]水分對含瓦斯煤解吸影響規(guī)律研究方面，諸多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)水力化措施實施后殘留于煤體內(nèi)部細(xì)微孔隙的水分會抑制瓦斯解吸，減少瓦斯解吸量，降低瓦斯解吸初速度，然而，對于水力化措施實施過程中水分對煤層吸附瓦斯解吸影響方面的研究開展較少，有待于進(jìn)一步深入研究。事實上，煤對水的吸附能力遠(yuǎn)大于煤對瓦斯的吸附能力，伴隨著水分進(jìn)入含瓦斯煤，必將與處于吸附態(tài)的瓦斯展開激烈的競爭吸附，從而置換出處于吸附態(tài)的瓦斯，促進(jìn)煤層吸附瓦斯解吸。水分對含瓦斯煤解吸特性的影響體現(xiàn)在兩個方面，一是水分滲吸進(jìn)入含瓦斯煤過程中產(chǎn)生的置換效應(yīng)促進(jìn)煤層吸附瓦斯解吸，二是進(jìn)入到煤體內(nèi)部細(xì)微孔隙的水分封堵瓦斯解吸的通道，在含瓦斯煤體卸壓后起到抑制瓦斯解吸的作用。
[0003]水力化措施作為一種綜合性防突措施在煤礦安全生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，然而目前人們對水力化措施的防突作用機(jī)理認(rèn)識不清，尤其是在水力化措施影響下的煤體裂隙生成及擴(kuò)展規(guī)律、含瓦斯煤的瓦斯解吸及運(yùn)移規(guī)律等方面缺乏定量準(zhǔn)確的研究數(shù)據(jù)，阻礙了該項技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用。
[0004]水力化措施的實施對原始煤層的改造體現(xiàn)在高壓水破裂煤體使得煤層卸壓增透、高壓水驅(qū)替游離瓦斯、水分改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)以及水分對含瓦斯煤解吸特性影響等多個方面，在工程實踐過程中上述作用同時發(fā)生，無法定量區(qū)分。因此，水分單因素影響下的含瓦斯煤解吸規(guī)律及滲吸置換效應(yīng)研究對于認(rèn)清水力化措施的防突作用機(jī)理意義重大，也是亟待深入研究的方向。
[0005]程遠(yuǎn)平的“外加水分對含瓦斯煤體解吸特性的測試裝置及方法(專利號:CN102053141 A)”、肖知國的“一種煤層注水抑制瓦斯解吸效應(yīng)的模擬測試方法及裝置(專利號:CN 103776979 A)”，都是針對顆粒煤在高壓注水條件下研究水分對含瓦斯煤解吸特性的影響，顆粒煤離散性較強(qiáng)，與井下賦存實際煤體差別較大，且上述兩項專利均采用在煤樣吸附平衡后通過高壓注水方式注入外加水分，在此條件下，注水壓力、注入水體積都會打破吸附罐內(nèi)原有的吸附平衡狀態(tài)，造成吸附罐內(nèi)壓力升高，從而對實驗結(jié)果帶來影響和干擾，無法準(zhǔn)確得知水分單因素影響下含瓦斯煤的解吸規(guī)律。此外，有學(xué)者通過內(nèi)置外液聯(lián)動裝置實現(xiàn)水分依靠自身重力進(jìn)入含瓦斯煤，但該裝置密閉不嚴(yán)，影響對實驗煤樣抽真空及煤樣吸附平衡。
[0006]因此，有必要建立一種含瓦斯煤等壓加水的方法及裝置，確保水分在煤樣抽真空及吸附平衡后等壓進(jìn)入含瓦斯煤，有效排除注水壓力及注入水體積對實驗的影響與干擾，為含瓦斯煤在水分單因素影響下的置換效應(yīng)和抑制解吸效應(yīng)研究創(chuàng)造條件，以期深入認(rèn)識水力化措施的防突作用機(jī)理，從而為提高水力化措施的防突作用效果提供理論依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、測試方法簡單易行的含瓦斯煤等壓加水方法及裝置，為含瓦斯煤在水分單因素影響下的吸附-解吸特性模擬測試研究創(chuàng)造條件，以期深入認(rèn)識水力化措施的防突作用機(jī)理，從而為提高水力化措施的防突作用效果提供理論依據(jù)。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置，由罐體和罐蓋兩部分組成，罐體的對接邊沿上設(shè)置密封圈并通過螺紋與罐蓋連接;罐體內(nèi)部放置型煤，型煤中心有預(yù)留孔洞，預(yù)留孔洞底部放置微凸起的圓柱體鐵塊，鐵塊上放置密閉的儲水玻璃瓶;罐蓋上設(shè)置有兩個接口，其中一個接口連接壓力傳感器，另一個接口安裝可旋轉(zhuǎn)針閥，可旋轉(zhuǎn)針閥旁側(cè)設(shè)置有進(jìn)/出氣
□ O
[0009]—種含瓦斯煤等壓加水方法，該方法利用含瓦斯煤等壓加水裝置按照如下步驟進(jìn)行:
型煤制備:將新鮮煤樣篩分至不同粒度，按照一定的比例混合均勻后加入適量的水，在恒定的壓力下加工制作成中心有孔洞的特制型煤，置于紅外干燥箱中在105°C條件下干燥處理，直至型煤恒重為止；
水樣制備:依據(jù)干燥型煤質(zhì)量和實驗擬定含水率，將一定質(zhì)量的蒸餾水裝入定制的玻璃瓶中，若玻璃瓶裝入蒸餾水后仍有剩余體積，采用蠟封方式使液態(tài)石蠟占據(jù)全部剩余體積，待液態(tài)石蠟?zāi)毯?，用膠密封玻璃瓶；
實驗樣品裝罐:先將上部微凸起的圓柱體鐵塊放置于型煤底部，微凸起的部分朝上，然后將其整體裝入煤樣罐，之后將儲水玻璃瓶緩慢裝入型煤中心孔洞，使玻璃瓶底接觸鐵塊的微凸起部分，然后密封煤樣罐；
煤樣吸附平衡:煤樣罐密封后，對煤樣抽真空至1Pa以下，然后向煤樣罐內(nèi)注入99.99%的高純度甲烷氣體，使煤樣吸附平衡，以模擬井下煤層實際賦存狀態(tài)；
含瓦斯煤等壓加水:煤樣吸附平衡后，向下旋轉(zhuǎn)密閉煤樣罐頂部的旋轉(zhuǎn)針閥，針閥向下運(yùn)動擠壓玻璃瓶，由于玻璃瓶底提前預(yù)置微凸起的圓柱體鐵塊，瓶底受到擠壓而破碎，從而實現(xiàn)水分等壓進(jìn)入含瓦斯煤。
[0010]本發(fā)明提供了一種含瓦斯煤等壓加水方法與裝置，將密封好的儲水玻璃瓶提前放置于特制煤樣罐內(nèi)，待煤樣吸附平衡后通過旋轉(zhuǎn)針閥擠碎玻璃瓶，從而實現(xiàn)了含瓦斯煤等壓加水。與現(xiàn)有技術(shù)相比，解決了高壓注水過程中注水壓力破裂煤體、高壓水驅(qū)替及注入水體積對實驗系統(tǒng)的影響與干擾，為深入研究水分單因素作用下含瓦斯煤的吸附-解吸規(guī)律及水分對含瓦斯煤的滲吸置換效應(yīng)創(chuàng)造了條件，有助于深入認(rèn)識水力化措施的防突作用機(jī)理，從而為更好地進(jìn)行煤與瓦斯突出防治提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0012]附圖所示，本發(fā)明所述的一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置是一個特制煤樣罐，由罐體I和罐蓋2兩部分組成，二者之間通過螺紋以及所述罐體I與罐蓋2對接邊沿上的密封圈11實現(xiàn)密封功能;所述罐體內(nèi)部放置型煤3，型煤整體規(guī)格為Φ 50mm X 80mm，型煤3中心有預(yù)留孔洞，中心孔洞的規(guī)格為?22mmX80mm，孔洞底部放置微凸起的圓柱體鐵塊4，用于針閥向下旋進(jìn)時從底部擠壓玻璃瓶底，從而造成玻璃瓶底破碎，水分溢出，其尺寸與型煤中心孔洞規(guī)格相吻合，鐵塊4上放置密閉的儲水玻璃瓶5，內(nèi)徑為20mm，高度為60mm，瓶壁厚度為1mm，儲水玻璃瓶5中預(yù)先裝入蒸餾水6并且通過蠟封7占據(jù)剩余自由體積，所述儲水玻璃瓶一方面用于儲存液態(tài)水，為后續(xù)的等壓加水提供水源，另一方面在于型煤吸附平衡前密封液態(tài)水，以消除水分對煤樣抽真空及吸附平衡造成影響;所述罐蓋設(shè)有兩個接口，所述接口一個用于連接壓力傳感器8，所述壓力傳感器8用于監(jiān)測煤樣的吸附平衡壓力及水分等壓加入含瓦斯煤后置換吸附瓦斯過程中密閉煤樣罐內(nèi)的壓力變化，另一個接口用于安裝可旋轉(zhuǎn)針閥9，用于旋進(jìn)擠壓儲水玻璃瓶，使得玻璃瓶體破碎，實現(xiàn)含瓦斯煤等壓加水，同時兼做瓦斯吸附平衡時的進(jìn)氣口和瓦斯解吸出口。
[0013]利用上述含瓦斯煤等壓加水裝置進(jìn)行等壓加水實驗，具體按照如下步驟進(jìn)行:
a.型煤制備:將采集到的原煤在粉碎機(jī)上粉碎后，采用0.25_和0.5_的組合篩分別篩選出0.25mm?0.5mm和0.25mm以下兩種粒度的煤粉，按1: 2的比例混合均勾后加入適量的水，在壓力機(jī)上以恒定80KN的壓力下壓制Ih制作成中心有孔洞的特制型煤，型煤規(guī)格為Φ50mm X 80mm，中心孔洞尺寸為Φ 22mm X 80mm，制備完成后將型煤置于紅外干燥箱內(nèi)，在105°(:條件下干燥至型煤恒重為止；
b.水樣制備:依據(jù)干燥型煤質(zhì)量和實驗擬定含水率將一定質(zhì)量的蒸餾水裝入定制的玻璃瓶中，若玻璃瓶裝入蒸餾水后仍有部分剩余空間，采用蠟封方式使液態(tài)石蠟占據(jù)剩余空間，以消除這部分體積對實驗帶來的干擾，待液態(tài)蠟?zāi)毯螅捎肁-B膠密封玻璃瓶；
c.實驗樣品裝罐:先將上部微凸起的圓柱體鐵塊放置于型煤底部，微凸起的部分朝上，然后將其整體裝入煤樣罐，之后將儲水玻璃瓶緩慢裝入型煤中心孔洞，使玻璃瓶底接觸鐵塊的微凸起部分，然后密封煤樣罐；
d.煤樣吸附平衡:煤樣罐密封后，對煤樣抽真空至1Pa以下，然后向煤樣罐內(nèi)注入99.99%的高純度甲烷氣體，使煤樣達(dá)到擬訂吸附平衡壓力，以模擬井下煤層實際賦存狀態(tài)；
e.含瓦斯煤等壓加水:煤樣吸附平衡后，向下旋轉(zhuǎn)密閉煤樣罐頂部的旋轉(zhuǎn)針閥，針閥向下運(yùn)動擠壓玻璃瓶，由于玻璃瓶底提前預(yù)置微凸起的圓柱體鐵塊，瓶底受到擠壓而破碎，從而實現(xiàn)水分等壓進(jìn)入含瓦斯煤。
【主權(quán)項】
1.一種含瓦斯煤等壓加水的方法與裝置，其特征在于，由罐體(I)和罐蓋(2)兩部分組成，罐體(I)的對接邊沿上設(shè)置有密封圈(11)并通過螺紋與罐蓋(2)連接;罐體內(nèi)部放置型煤(3)，型煤(3)中心有預(yù)留孔洞，孔洞底部放置微凸起的圓柱體鐵塊(4)，鐵塊(4)上放置密閉的儲水玻璃瓶(5);罐蓋(2)設(shè)置有兩個接口，其中一個接口連接壓力傳感器(8)，另一個接口安裝可旋轉(zhuǎn)針閥(9 )，可旋轉(zhuǎn)針閥(9 )旁側(cè)設(shè)置有進(jìn)/出氣口( 1 )。2.一種含瓦斯煤等壓加水方法，其特征在于，該方法利用含瓦斯煤等壓加水裝置按照如下步驟進(jìn)行: 型煤制備:將采集到的新鮮煤樣篩分至不同的粒度，按照一定的配比混合均勻后加入適量的水，在恒定的壓力下加工制作成中心預(yù)留有孔洞的特制型煤，置于紅外干燥箱中在105°C條件下干燥處理，直至型煤恒重為止； 水樣制備:依據(jù)干燥型煤質(zhì)量和實驗擬定含水率，將一定質(zhì)量的蒸餾水裝入定制的玻璃瓶中，若玻璃瓶裝入蒸餾水后仍有剩余體積，采用蠟封方式使液態(tài)石蠟占據(jù)全部剩余體積，待液態(tài)石蠟?zāi)毯螅媚z密封玻璃瓶； 實驗樣品裝罐:先將上部微凸起的圓柱體鐵塊放置于型煤底部，微凸起的部分朝上，然后將其整體裝入煤樣罐，之后將儲水玻璃瓶緩慢裝入型煤中心孔洞，使玻璃瓶底接觸鐵塊的微凸起部分，然后密封煤樣罐； 煤樣吸附平衡:煤樣罐密封后，對煤樣抽真空至1Pa以下，然后向煤樣罐內(nèi)注入高純度甲烷氣體，使煤樣吸附平衡； 含瓦斯煤等壓加水:煤樣吸附平衡后，向下旋轉(zhuǎn)密閉煤樣罐頂部的旋轉(zhuǎn)針閥，針閥向下運(yùn)動擠壓玻璃瓶，由于玻璃瓶底提前預(yù)置微凸起的圓柱體鐵塊，瓶底受到擠壓而破碎，從而實現(xiàn)水分等壓進(jìn)入含瓦斯煤。
【文檔編號】G01N7/04GK105891045SQ201610412554
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】王兆豐, 陳金生, 張建國, 董家昕, 呂有廠, 李皓偉, 孫矩正, 蘇偉偉, 陳喜恩, 吳家浩
【申請人】河南理工大學(xué), 中國平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司