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

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下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。

主权项

煤矿井下快速测定采掘工作面残余瓦斯参数的方法，其特征是：在实验室预先求得煤吸附甲烷不同平衡压力与解吸量曲线拟合方程和煤吸附甲烷不同平衡压力与甲烷含量曲线拟合方程，其具体实施手段是：在井下取工作面新鲜煤样送实验室，首先测定出煤的视密度，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℃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Ⅰ(1)和量管Ⅱ(2)，每次放气前先读取煤样罐甲烷压力，再记录放气后量管Ⅰ(1)和量管Ⅱ(2)排盐水体积，同时记录下环境大气压力和温度，根据上述记录的数据则可求解出煤吸附甲烷不同平衡压力与解吸量曲线拟合方程和煤吸附甲烷不同平衡压力与甲烷含量曲线拟合方程，具体数据处理过程参照MT/T752‑1997；再利用井下快速测定装置测定出采掘工作面可解吸瓦斯量，其具体实施手段是：首先钻取工作面测定地点的煤样，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)与量管Ⅰ(1)和量管Ⅱ(2)相连，打开瓦斯截止阀(7)，然后每隔一分钟记录量管Ⅰ(1)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，待量管Ⅰ(1)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测定工作即可结束，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；最后通过准确计算求解出工作面残余瓦斯参数，其具体实施手段是：利用求解出的煤吸附甲烷不同平衡压力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，则可求得采掘工作面残余瓦斯含量，将采掘工作面残余瓦斯含量代入煤吸附甲烷不同平衡压力与甲烷含量曲线拟合方程，通过反算即可求得工作面残余瓦斯压力，根据前述得到的可解吸瓦斯量和工作面残余瓦斯压力，通过膨胀能计算公式进行分析计算，则可求得工作面残余瓦斯膨胀能大小，$w=\frac{{10}^6{p}_{0}v}{n-1}[{\left(\frac{p}{p_0}\right)}^{\frac{n-1}{n}}-1]$式中：w—瓦斯膨胀能，J/kg；p₀—井下环境大气压力，由煤样罐上压力表读得，Mpa；v—可解吸瓦斯量，m³/kg；n—瓦斯绝热指数，取1.31；p—瓦斯压力，Mpa；该测定装置设有一个筒状的煤样罐(8)，煤样罐(8)的外部设有起保护作用的壳体(10)，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力表(6)，导气管与煤样罐(8)的接口处设有瓦斯截止阀(7)，导气管的侧面通过连接软管(12)与三通角阀(5)的一个接口相连通，三通角阀(5)的另外两个接口分别通过连接管与量管Ⅰ(1)和量管Ⅱ(2)的底部相连通，另外，量管Ⅰ(1)和量管Ⅱ(2)的底部通过连接管同时与水槽(4)相通，量管Ⅰ(1)和量管Ⅱ(2)的上部侧面设有排气阀门(3)；所述方法测定采掘工作面残余瓦斯参数的步骤主要包括煤吸附甲烷不同平衡压力下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。