安全工程专业实验教程8.3煤的瓦斯吸附解吸规律物理模拟

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1、××学院煤的瓦斯吸附解吸规律物理模拟一、实验目的通过实验，研究不同煤的瓦斯解吸特性与规律，查明煤层瓦斯含量和瓦斯压力与煤的瓦斯解吸指标（K1值和△h2值）之间的关系，为确定煤层突出危险性的区域性预测指标和工作面预测指标及其临界值提供实验数据。二、仪器设备实验系统主要分为充气单元、温控单元、真空单元和解吸单元四部分，如图8-3和图8-4所示。图8-3构造煤瓦斯解吸规律研究实验系统示意图1-卡套针阀,2-压力表,3-高压甲烷气瓶,4-充气罐,5-大煤样罐,6-真空表,7-真空泵,8-解吸仪,9-恒温水槽二、仪器设备整个实验过程可以简单的概括为先对煤样进行抽真空，连续抽真空12h以上；然后

2、进行充气，煤样对瓦斯吸附12h以上，达到吸附平衡压力后，开始模拟瓦斯解吸规律的实验。图8-4煤的瓦斯解吸规律模拟实验装置二、仪器设备（1）充气单元：实验所用的瓦斯气源是高纯甲烷气体，甲烷气体浓度为99.9%，压力大于10MPa，满足实验需求。充气时3号甲烷钢瓶先向4号充气罐充气，4号充气罐起到缓冲作用，然后通过4号充气罐向3个5号大煤样罐充气，完成充气过程。（2）温控单元：恒温水槽，使充气罐和煤样罐以及大部分的管路都放置在恒温水槽中，通过恒温水器对水槽进行恒温控制，误差±1℃。（3）真空单元：实验采用直联旋片真空泵，主要技术参数如下：抽气速率：2L/s；极限压力：0.06pa；电动机

3、功率：0.37kw；进气口直径：KF25。（4）解吸单元：先快速放掉大罐中的游离瓦斯，然后连接解吸仪进行解吸。二、仪器设备该系统所有的管路采用的是外径为6mm，内径为4mm的紫铜管，原因是它内径比较细，减少了管道内的死空间体积，而且可以根据实验系统的管路需要随意弯曲变形，并且气密性也有保障；管路接口所用的阀门都是高压卡套式针阀，公称压力0～16（MPa），适用介质油、蒸汽、水、天然气等。实验系统可以同时进行3个煤样的瓦斯吸附-解吸实验，如图8-3所示，可同时开展3种不同煤样进行同组对比实验，保障了模拟实验条件（温度、充气压力等）的一致性，通过阀门控制，3个煤样也可视为3个独立实验系统

4、，小系统又包括了大小煤样罐各一个，大煤样罐可装入600～1000g左右的煤样，实现了对大质量煤样进行模拟实验，起到减小误差的作用；小煤样罐可以装500g左右煤样，可以与瓦斯解吸实验同步模拟瓦斯解吸指标的测定。三、实验原理煤为多孔性固体，具有庞大的吸附表面和复杂的孔隙结构，煤对甲烷有较强的吸附力，吸附量除与煤质因素有关外，还与吸附条件即温度和压力等因素有关。煤对甲烷的吸附为物理吸附，即吸附和解吸是可逆的。气体分子在煤粒表面上浓集称吸附，气体分子脱离煤粒表面称解吸。大量的研究表明，煤层的煤与瓦斯突出危险性与煤的瓦斯解吸初始段速度、解吸量有密切关系。该实验首先对煤样充一定量的瓦斯，使煤对瓦

5、斯的充分吸附、达到平衡，以模拟试验矿井（煤层）瓦斯压力和煤层瓦斯含量等突出区域预测参数；然后实验室测定煤的瓦斯解吸指标（K1值和△h2值）等工作方面突出危险性预测参数，同时模拟卸压后煤的瓦斯解吸规律，计算煤的瓦斯解吸参数（K1值和△h2值），并互相校验；在以上实验的基础上，建立突出区域性预测指标和工作面预测指标的关系。四、实验步骤1、煤样采集煤样应采集于新鲜暴露的煤壁，采集煤样点数按瓦斯地质单元布置，每个瓦斯地质单元至少采集有代表性的软、硬煤各1份，每份煤样采集10Kg左右，并按附表要求描述取样点煤的破坏类型，做好记录。同时收集采样点附近如表8-3所示的信息。表8-3煤样采点信息记录

6、样表四、实验步骤在采样点打钻，孔深15m，收集6-7m和14-15m的钻屑，并将筛分结果记录于表8-4，做粒度分析。煤样采集完成后密封保存，立即送实验室制备，防止煤样的氧化及水分损失。表8-4钻屑粒度筛分记录样表四、实验步骤2、制备煤样制备煤样前，首先测定煤的坚固性系数，瓦斯放散初速度、煤的瓦斯吸附常数、工业分析、真假密度和孔隙率等基本参数，并将测定结果记入表8-5（吸附常数附等温吸附曲线）。针对不同变质程度（挥发分或煤的牌号）的煤样，选取软、硬煤样各两份，每份50g左右，粒度分别为3-6mm和0.17-0.25mm（60-80目），为采用压汞法和液氮吸附法测定煤的孔隙结构制备煤样。

7、表8-5煤样坚固性系数和放散初速度测定结果样表四、实验步骤煤的瓦斯解吸过程所用煤样制备方法：粉碎煤样，将所选煤样过6mm、3mm、1mm、0.5mm、0.2mm的标准筛组，取小于0.2mm、0.2-0.5mm、0.5-1.0mm、1-3mm和3-6mm之间煤样颗粒，并将制备后的煤样信息记录于表8-6，装入磨口瓶中密封加签备用，每份煤样质量不少于1500g。表8-6煤的解吸规律煤样粒度筛分记录样表四、实验步骤3、煤的解吸规律模拟实验（1）检验实验系统气密性实