一种快速测定煤层瓦斯含量的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种快速测定煤层瓦斯含量的方法及装置，属于煤矿安全技术领域。采用破碎装置，在井下取煤样的过程中通过压力传感器，记录从打钻见煤到将煤样装入破碎装置的时间、温度及大气压参数；升井后，将装有煤样的破碎装置安装在称重装置上，进行粉碎，通过称重装置称量不同阶段煤样重量，并将瓦斯密度作为桥梁，用重量的变化值推算瓦斯体积，计算得出破碎过程中所解吸的瓦斯含量；解决了现有测量瓦斯含量技术中方法复杂，时间成本高的问题。其操作简单方便，实用性强，省时省力，成本低，能够快速、准确测定煤层瓦斯含量。

【技术实现步骤摘要】
一种快速测定煤层瓦斯含量的方法及装置
本专利技术涉及煤矿安全
，具体涉及一种用于煤矿现场测定瓦斯的快速测定煤层瓦斯含量的方法及装置。
技术介绍
在煤矿安全领域，煤层瓦斯含量一直被认为是反应现场瓦斯突出危险性的重要参数之一，同时也是预测矿井瓦斯涌出量，判断瓦斯抽采是否达标的重要依据。目前，国内外现场测定煤层瓦斯含量的方法主要是直接法测定，即在现场打钻取煤芯，进行现场解吸测量。直接法测定的瓦斯含量主要由井下损失量、井下解吸量、井上粉碎前解吸量、井上粉碎解吸量和常压不可解吸量五个部分组成，其步骤繁琐，时间成本高，井上下解吸工作至少需要3～4小时的连续观测才能完成，且在根据解吸规律反推损失量的时候，需要操作人员具备一定的专业知识。因此，如何能够更加快速、更加准确地测定煤层瓦斯含量，是煤矿安全领域研究的一大技术难题。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是要克服现有技术中的不足之处，提供一种一体化、高精度、易操作的煤层瓦斯含量测定方法及装置，从而为矿井瓦斯治理及突出危险性预测提供一定的指导意义。技术方案：本专利技术的一种快速测定煤层瓦斯含量的方法，包括如下步骤：a.下井前将未装煤样的破碎装置清洁干净并称重，记为重量m1，下井后，在井下取煤样装入破碎装置的破碎室内，同时打开压力传感器，并记录从打钻见煤到将煤样装入破碎装置的时间t0、温度T及大气压P参数；b.升井后，将破碎装置安装在与其相配套的称重装置上，对装有煤样的破碎装置进行粉碎前称重，记为重量m2，同时记下煤样装入破碎装置到称重时的时间为t1，然后打开放气阀放气，待放气结束后按下称重装置上键盘中的破碎键对煤样进行破碎；c.破碎工作结束后，再次打开放气阀放气称重，记为重量m3，测定过程结束，在按键盘上输入测定过程所记录的时间、重量以及煤样参数信息，通过称重装置称量不同阶段煤样重量，并将瓦斯密度作为桥梁，用重量的变化值推算瓦斯体积，计算得出破碎过程中所解吸的瓦斯含量；d.由于瓦斯的自然解吸量与暴露时间的算数平方根成正比，通过压力传感器所记录的破碎室内压力变化情况，可推算出瓦斯解吸量的变化情况，从而得出从打钻见煤到将煤样装入破碎装置这段时间内煤层瓦斯含量的损失量Q0，进而求出总的煤层瓦斯含量Q。所述煤层瓦斯含量Q的计算式：Q＝Q0+Q1+Q2(Ⅰ)其中：Q0：从打钻见煤到煤样装入破碎装置这段时间内的煤层瓦斯含量损失量，单位为立方厘米每克(cm3/g)；Q1：煤样在粉碎过程中的解吸量，单位为立方厘米每克(cm3/g)；Q2：常压不可解吸量，单位为立方厘米每克(cm3/g)；瓦斯压力传感器能感受破碎室内的瓦斯压力变化，结合根据克拉伯龙方程：PV＝nRT，推导出井下自然解吸的瓦斯体积V(单位为cm3)：其中：n：甲烷气体物质的量，单位为摩尔(mol)；R：气体常数，为8.314；T:热力学温度，单位为开尔文(K)；P：压强，单位为千帕(kPa)。根据瓦斯的解吸量与煤样暴露时间的关系可知：在煤样体积或质量稳定的情况下，所解吸出的瓦斯量与煤样暴露时间的算术平方根成正比，那么公式(Ⅱ)中的井下自然解吸瓦斯体积V也可以表示为：其中：k为未知常数；t0：为打钻见煤到煤样装入破碎装置的时间，单位为秒(s)；t1：煤样装入破碎装置到升井后第一次称重的时间，单位为秒(s)。公式(Ⅱ)联立公式(Ⅲ)可以求出系数k，进而求出从打钻见煤到煤样装入破碎装置这段时间煤层瓦斯含量的损失量Q0：其中：m1为未装入煤样的破碎装置的重量，单位为克(g)；m2为升井后第一次称重时破碎装置及煤样的重量，单位为克(g)。粉碎过程中解吸瓦斯体积：其中：m3为破碎并放气后煤样及破碎装置的重量，单位为克(g)；0.716为甲烷气体的密度，单位为克每立方厘米(g/cm3)。粉碎过程中解吸的瓦斯量：GB/T23250-2009《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》中规定常压不可解吸量Q2的计算方法为：其中：a为煤的瓦斯吸附常数，单位为立方厘米每克(cm3/g)；b为煤的瓦斯吸附常数，单位为每兆帕(MPa-1)；Aad为煤的灰分，％；Mad为煤的水分，％；π为煤的孔隙率，单位为立方厘米每立方厘米(cm3/cm3)；γ煤的容重，单位为克每立方厘米(g/cm3)。在求出Q0、Q1、Q2后根据公式(Ⅰ)即可求出现场测试温度及大气压条件下的煤层瓦斯含量；最后根据公式(Ⅷ)将所求出的煤层瓦斯含量Q校正为标准状况下的煤层瓦斯含量：其中：Q标况为标准状况下的煤层瓦斯含量，单位为立方厘米每克(cm3/g)；P为下井取样时井下大气压，单位为千帕(kPa)；T为下井取样时井下温度，单位为摄氏度(℃)；Q为井下温度及大气压条件下求得的煤层瓦斯含量，单位为立方厘米每克(cm3/g)。实现上述方法的快速测定煤层瓦斯含量的装置，包括拆装组合为一体的破碎装置和称重装置，破碎装置位于称重装置之上，所述的破碎装置包括放气阀、破碎室密封盖、破碎室和破煤刀片，其中，放气阀设在破碎室密封盖上，破碎室密封盖设在破碎室上，破碎室的外壁上方设有压力传感器，破煤刀片设在破碎室内的底部，所述的称重装置包括传动轴、显示屏、键盘和机座，其中，机座内设有电机，电机的传动轴与破碎装置的破煤刀片座相连，显示屏和按键盘设在机座的前侧，显示屏内置有芯片与电路板。所述机座的一侧设在分离破碎装置和称重装置的卡槽按钮。所述破碎室密封盖内设有保证破碎室的气密性密封胶条。有益效果：由于采用上了上述技术方案，本专利技术极大地简化了直接法测定瓦斯含量的繁琐步骤，将瓦斯密度作为桥梁，通过测量粉碎过程中煤样质量的变化量，同时通过压力变化反推瓦斯体积，实现了损失量的自动计算分析。且改变了传统排水法测瓦斯含量的方法，通过测定解吸过程中煤样罐释放瓦斯的重量并结合瓦斯密度反推释放出的瓦斯体积，同时通过压力传感器所记录破碎室的压力变化来反推损失量，进而得到煤层瓦斯含量，大大缩短了煤层瓦斯含量的测定周期，同时革新了传统的煤层瓦斯含量测定原理及方法。其方法简便，操作简单，省时省力，成本低，能够快速、准确测定煤层瓦斯含量，解决了现有测量瓦斯含量技术中方法复杂，时间成本高的问题。在本
内具有广泛的实用性。附图说明图1为本专利技术的快速测定煤层瓦斯含量的方法流程图；图2为煤层瓦斯含量测定装置整体图。图2中：1—放气阀；2—破碎室密封盖；3—破碎室；4—压力传感器；5—破煤刀片；6—传动轴；7—显示区域；8—按键盘；9—机座；10—卡扣按钮。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的一个实施例作进一步的描述：本专利技术的一种快速测定煤层瓦斯含量的方法，具体步骤如下：a.下井前将未装煤样的破碎装置清洁干本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速测定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于包括如下步骤：/na.下井前将未装煤样的破碎装置清洁干净并称重，记为重量m

【技术特征摘要】
1.一种快速测定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于包括如下步骤：
a.下井前将未装煤样的破碎装置清洁干净并称重，记为重量m1。下井后，在井下取煤样装入破碎装置的破碎室(3)内，同时打开压力传感器(4)，并记录从打钻见煤到将煤样装入破碎装置的时间t0、温度T及大气压P参数；
b.升井后，将破碎装置安装在与其相配套的称重装置上，对装有煤样的破碎装置进行粉碎前称重，记为重量m2，同时记下煤样装入破碎装置到称重时的时间为t1，然后打开放气阀(1)放气，待放气结束后按下称重装置上键盘(8)中的破碎键对煤样进行破碎；
c.破碎工作结束后，再次打开放气阀(1)放气称重，记破碎并放气后煤样及破碎装置的重量为m3，测定过程结束，在按键盘(8)上输入测定过程所记录的时间、重量以及煤样参数信息，通过称重装置称量不同阶段煤样重量，并将瓦斯密度作为桥梁，用重量的变化值推算瓦斯体积，计算得出破碎过程中所解吸的瓦斯含量；
d.由于瓦斯的自然解吸量与暴露时间的算数平方根成正比，通过压力传感器(4)所记录的破碎室内压力变化情况，可推算出瓦斯解吸量的变化情况，从而得出从打钻见煤到将煤样装入破碎装置这段时间内煤层瓦斯含量的损失量Q0，进而求出总的煤层瓦斯含量Q。


2.根据权利要求1所述的一种快速测定煤层瓦斯含量的方法，其特征在于：所述煤层瓦斯含量Q的计算式：
Q＝Q0+Q1+Q2(Ⅰ)
其中：Q0：从打钻见煤到煤样装入破碎装置这段时间内的煤层瓦斯含量损失量，cm3/g；
Q1：煤样在粉碎过程中的解吸量，cm3/g；
Q2：常压不可解吸量，cm3/g；
瓦斯压力传感器能感受破碎室内的瓦斯压力变化，结合根据克拉伯龙方程：PV＝nRT，推导出井下自然解吸的瓦斯体积V，cm3：



其中：n：甲烷气体物质的量，mol；
R：气体常数，为8.314；
T:热力学温度，K；
P：压强，kPa；
根据瓦斯的解吸量与煤样暴露时间的关系可知：在煤样体积或质量稳定的情况下，所解吸出的瓦斯量与煤样暴露时间的算术平方根成正比，则公式(Ⅱ)中的井下自然解吸瓦斯体积V亦可表示为：



其中：k为未知常数；
t0：为打钻见煤到煤样装入破碎装置的时间，s；
t1：煤样装入破碎装置到升井后第一次称重的时间，s；
公式(Ⅱ)联立公式(Ⅲ)可以求出系数k，进而求出从...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海锋，耿帅康，王海梅，商政，张晓，刘昶，郝晓锐，陈平，
申请(专利权)人：江苏东科安全研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32