专利名称：煤矿井下快速测定采掘工作面残余瓦斯参数的装置及方法
技术领域：
本发明涉及ー种测定煤矿井下采掘工作面残余瓦斯參数的方法，尤其是井下快速测定采掘工作面可解吸瓦斯量并通过分析计算准确得出工作面残余瓦斯含量、残余瓦斯压力和残余瓦斯膨胀能的煤矿井下快速测定采掘工作面残余瓦斯參数的装置及方法。
背景技术：
随着矿井开采深度的延伸，多数矿井逐渐由瓦斯矿井向高瓦斯甚至突出矿井转变，瓦斯已成为制约矿区发展的主要因素之一。《防治煤与瓦斯突出規定》要求，突出矿井应当根据煤层瓦斯压カ或瓦斯含量对突出煤层进行区域突出危险性预测；并要求开采突出危险工作面时应当采用残余瓦斯压力、残余瓦斯含量这些证实有效的指标和方法，进行突出危险性预测和效果检验。因此，能否快速准确测定出工作面残余瓦斯含量和残余瓦斯压カ已成为突出危险预测和效果检验的关键所在。现目前煤层瓦斯含量測定方法主要有直接法 和间接法两类。直接法測定首先要在井下进行煤样粉碎前自然解吸瓦斯量的现场測定，然后将煤样送实验室进行粉碎后的自然解吸瓦斯量和残存瓦斯量的測定；间接法測定需要在井下实测出煤层瓦斯压力，并要求在实验室进行吸附常数(a、b值)、孔隙率及エ业性分析參数的測定。上述两种方法測定工作量大，需要时间长，測定结果可靠性差；特别是在采掘エ作面由于受测压封孔条件的限制无法准确测定出煤层残余瓦斯压力。
发明内容
为了解决现有的測定方法无法准确测定出煤层残余瓦斯压カ的问题，本发明提供一种煤矿井下快速测定采掘工作面残余瓦斯參数的装置及方法，该方法在实验室通过煤的等温解吸实验，预先求得煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量曲线拟合方程和煤吸附甲烷不同平衡压カ与甲烷含量曲线拟合方程；在采掘工作面突出危险性预测或防突效果检验时，利用井下快速測定装置測定出采掘工作面可解吸瓦斯量，再准确计算出工作面測定地点的残余瓦斯含量、残余瓦斯压カ和残余瓦期膨胀能三项瓦斯參数；该方法測定瓦斯參数所需要的时间短、工作量小、影响因素少、測定结果可靠性高，并且适用于同一煤层采掘工作面多点快速測定，为工作面突出危险性预测和防突效果检验提供了多參数判定指标，具有更高的可靠性与安全性，对工作面防突技术的发展意义重大。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在实验室预先求得煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量曲线拟合方程和煤吸附甲烷不同平衡压カ与甲烷含量曲线拟合方程；再利用井下快速測定装置測定出采掘工作面可解吸瓦斯量，最后通过准确计算求解出工作面残余瓦斯參数。井下快速測定装置设有ー个筒状的煤样罐，煤样罐的外部设有起保护作用的壳体，煤样罐的下部固定设有气动马达，气动马达的上部匹配安装有旋转轴，旋转轴的侧面从上到下均匀错位设有粉碎刀头，煤样罐的上部连通着导气管的一端，导气管的另一端连接着高精度压カ表，导气管与煤样罐的接ロ处设有瓦斯截止阀，导气管的侧面通过连接软管与三通角阀的ー个接ロ相连通，三通角阀的另外两个接ロ分别通过连接管与量管I和量管II的底部相连通，另外，量管I和量管II的底部通过连接管同时与水槽相通，量管I和量管II的上部侧面设有排气阀门。(I)煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量及甲烷含量曲线测定在井下取工作面新鲜煤样送实验室，首先測定出煤的视密度，然后将一定数量的煤样粉碎，称取粒度0. 25mm 0. 18mm煤样42g 45g装煤样罐，采用高压容量法进行煤的等温解吸实验。实验时要求煤样罐充高压甲烷放置在30°C水浴槽中6h以上待煤样吸附甲烷平衡后，然后每隔4h打开煤样罐阀门，放出一部分甲烷进入量管。毎次放气前先读取煤样罐甲烷压力，再记录放气后量管排盐水体积，同时记录下环境大气压カ和温度。根据上述记录的数据则可求解出煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量曲线拟合方程和煤吸附甲烷不同平衡压カ与甲烷含量曲线拟合方程，具体数据处理过程可參照MT/T752-1997。上述实验室求得的曲线拟合方程，在工作面突出危险性预测和效果检验时可重复进行利用，具有较好的便捷性。 (2)工作面可解吸瓦斯量測定测定时，首先钻取工作面測定地点的煤样，在钻孔钻至预定深度时开始计时，将采集到的新鲜煤样迅速装入煤样罐中密封；通过连接软管把煤样罐与排水集气量管I和量管II相连，打开瓦斯截止阀，然后每隔一分钟记录排水集气量管I和量管II的排水量，要求记录30分钟以上。待排水量变化不明显时，再将煤样罐放置在气动马达的卡槽上，开启气动马达的气阀利用粉碎刀头对煤样罐中煤样进行粉碎；待排水集气量管I和量管II的排水量无明显变化时，记录排水量读数，然后把煤样进行称重并记录重量后測定工作即可结束。通过上述记录的时间、排水量数据和煤样重量则可计算出采掘工作面可解吸瓦斯量。(3)采掘工作面残余瓦斯含量、压カ和膨胀能大小计算工作面瓦斯含量计算利用求解出的压カ与解吸量曲线拟合方程推算出工作面常压不可解吸瓦斯量；将测得的工作面可解吸瓦斯量与常压不可解吸瓦斯量相加，则可求得工作面瓦斯含量。工作面瓦斯压カ计算将工作面瓦斯含量代入求解出的压カ与甲烷含量曲线拟合方程，通过反算即可求得工作面瓦斯压カ大小。工作面瓦斯膨胀能计算根据前述得到的可解吸瓦斯量和瓦斯压力，通过膨胀能计算公式进行分析计算，则可求得膨胀能大小。
权利要求
1.煤矿井下快速测定采掘工作面残余瓦斯參数的装置及方法，该測定装置设有ー个筒状的煤样罐(8)，煤样罐(8)的外部设有起保护作用的壳体(10);其特征是煤样罐(8)的下部固定设有气动马达(11 )，气动马达(11)的上部匹配安装有旋转轴，旋转轴的侧面从上到下均匀错位设有粉碎刀头(9)，煤样罐(8)的上部连通着导气管的一端，导气管的另一端连接着高精度压カ表(6)，导气管与煤样罐(8)的接ロ处设有瓦斯截止阀(7)，导气管的侧面通过连接软管(12)与三通角阀(5)的ー个接ロ相连通，三通角阀(5)的另外两个接ロ分别通过连接管与量管I (I)和量管II (2)的底部相连通，另外，量管I (I)和量管II (2)的底部通过连接管同时与水槽(4)相通，量管I (I)和量管II (2)的上部侧面设有排气阀门(3)； 该测定方法测定采掘工作面残余瓦斯參数的步骤主要包括煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量及甲烷含量曲线测定、工作面可解吸瓦斯量測定及采掘工作面残余瓦斯含量、压力和膨胀能大小计算。
2.根据权利要求I所述的煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量及甲烷含量曲线测定；其特征是在井下取工作面新鲜煤样送实验室，首先測定出煤的视密度，然后将一定数量的煤样粉碎，称取粒度0. 25mm 0. 18mm煤样42g 45g装煤样罐，采用高压容量法进行煤的等温解吸实验，实验时要求煤样罐充高压甲烷放置在30°C水浴槽中6h以上待煤样吸附甲烷平衡后，然后每隔4h徐徐打开煤样罐阀门，放出一部分甲烷进入量管；每次放气前先读取煤样罐甲烷压力，再记录放气后量管排盐水体积，同时记录下环境大气压カ和温度；根据上述记录的数据则可求解出煤吸附甲烷不同平衡压カ与解吸量曲线拟合方程和煤吸附甲烷不同平衡压カ与甲烷含量曲线拟合方程，具体数据处理过程可參照MT/T752-1997， 上述实验室求得的曲线拟合方程，在工作面突出危险性预测和效果检验时可重复进行利用，具有较好的便捷性。
3.根据权利要求I所述的工作面可解吸瓦斯量測定；其特征是测定时，首先钻取工作面測定地点的煤样，在钻孔钻至预定深度时开始计时，将采集到的新鲜煤样迅速装入煤样罐(8)中密封；通过连接软管(12)把煤样罐(8)与排水集气量管I (I)和量管II (2)相连，打开瓦斯截止阀(7)，然后每隔一分钟记录排水集气量管I (I)和量管II (2)的排水量，要求记录30分钟以上；待排水量变化不明显时，再将煤样罐(8)放置在气动马达(11)的卡槽上，开启气动马达(11)的气阀利用粉碎刀头(9)对煤样罐(8)中煤样进行粉碎；待排水集气量管I (I)和量管II (2)的排水量无明显变化时，记录排水量读数，然后把煤样进行称重并记录重量后測定工作即可结束；通过上述记录的时间、排水量数据和煤样重量则可计算出采掘工作面可解吸瓦斯量。
4.根据权利要求I所述的采掘工作面瓦斯含量、压カ和膨胀能大小计算；其特征是工作面瓦斯含量计算利用求解出的瓦斯解吸曲线拟合方程推算出工作面常压不可解吸瓦斯量；将测得的工作面可解吸瓦斯量与常压不可解吸瓦斯量相加，则可求得工作面瓦斯含量; 工作面瓦斯压カ计算将工作面瓦斯含量代入瓦斯解吸曲线拟合方程，通过反算即可求得工作面瓦斯压カ大小； 工作面瓦斯膨胀能计算根据前述得到的可解吸瓦斯量和瓦斯压力，通过膨胀能计算公式进行分析计算，则可求得膨胀能大小；
全文摘要
本发明涉及一种煤矿井下快速测定采掘工作面残余瓦斯参数的装置及方法，该测定装置设有一个煤样罐，煤样罐的下部设有气动马达，气动马达的上部安装有旋转轴，旋转轴的侧面设有粉碎刀头，煤样罐的上部连通着导气管的一端，导气管的另一端连接着高精度压力表，导气管与煤样罐的接口处设有瓦斯截止阀，导气管的侧面通过连接软管与三通角阀的一个接口相连通，三通角阀的另外两个接口分别通过连接管与量管Ⅰ和量管Ⅱ的底部相连通。该测定方法包括煤吸附甲烷不同平衡压力与解吸量及甲烷含量曲线测定、工作面可解吸瓦斯量测定及采掘工作面残余瓦斯含量、压力和膨胀能大小计算。该方法测定工作面残余瓦斯参数所需要的时间短、工作量小、测定结果可靠性高，为工作面突出危险性预测和防突效果检验提供了多参数判定指标，对工作面防突技术的发展意义重大。
文档编号G01N7/02GK102830038SQ20121028869
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月14日 优先权日2012年8月14日
发明者于宝海, 唐俊 申请人:中国矿业大学