一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验系统及实验方法技术方案

一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验系统及实验方法，氦气源通过减压阀Ⅰ连接三通接头Ⅰ的第一进口，瓦斯气源通过减压阀Ⅱ连接三通接头Ⅰ的第二进口，三通接头Ⅰ的出口连接三通接头Ⅱ的进口，三通接头Ⅱ的第一出口通过针阀Ⅰ接真空泵，三通接头Ⅱ的第二出口通过针阀Ⅱ接参比罐的进口，参比罐的出口通过针阀Ⅲ接三通接头Ⅲ的进口，三通接头Ⅲ的第一出口通过针阀Ⅳ连接气体解吸仪，三通接头Ⅲ的第二出口连接一体化吸附/解吸/破碎罐；参比罐的顶部连接压力传感器，压力传感器的数据通过数据线传输至数据采集仪；本发明专利技术可以模拟井下煤层瓦斯含量测定过程，进而准确标定煤层瓦斯含量测定的误差。误差。误差。

【技术实现步骤摘要】
一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验系统及实验方法


[0001]本专利技术涉及一种误差标定系统及方法，具体是一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验系统及实验方法，属于煤层瓦斯基础参数测定


技术介绍

[0002]煤层瓦斯含量是煤与瓦斯突出防治、瓦斯抽采设计以及瓦斯涌出量预测等工程的基础参数，制约矿井瓦斯突出危险性预测的可靠性，且影响以瓦斯含量为基础制订的瓦斯抽采措施的有效性与经济性。GB/T 23250
‑
2009《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》将直接法作为煤层瓦斯含量测定的标准方法，直接法测定煤层瓦斯含量包含四部分：损失量(Q1)，解吸量(Q2)，残余量(Q3)，不可解吸量(Q
不可解吸量
)。损失量(Q1)需要通过井下测定的瓦斯解吸曲线反演计算获得，解吸量(Q2)和残余量(Q3)可通过瓦斯解吸设备直接测量，不可解吸量(Q
不可解吸量
)需要根据煤样基础参数计算得到。虽然瓦斯含量测定方法制定有国家标准，但现有方法测定的煤层瓦斯含量的误差却没有方法标定，且煤矿井下现场地质构造复杂，测定过程中影响因素多，因而需要在实验室内模拟煤层钻孔取样测定瓦斯含量，标定出不同方法和模型测定的煤层瓦斯含量的误差。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种能够模拟煤层瓦斯含量测定的实验系统及实验方法，能够模拟井下测定煤层瓦斯含量时取样、煤样直接解吸、煤样粉碎解吸、瓦斯损失量反演计算等过程，进而准确标定煤层瓦斯含量测定的误差。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验系统，氦气源通过减压阀Ⅰ连接到三通接头Ⅰ的第一进口，瓦斯气源通过减压阀Ⅱ连接到三通接头Ⅰ的第二进口，三通接头Ⅰ的出口连接三通接头Ⅱ的进口，三通接头Ⅱ的第一出口通过针阀Ⅰ连接真空泵，三通接头Ⅱ的第二出口通过针阀Ⅱ连接参比罐的进口，参比罐的出口通过针阀Ⅲ连接三通接头Ⅲ的进口，三通接头Ⅲ的第一出口通过针阀Ⅳ连接气体解吸仪，三通接头Ⅲ的第二出口连接一体化吸附/解吸/破碎罐；参比罐的顶部连接有压力传感器，压力传感器的数据通过数据线传输至数据采集仪；参比罐、针阀Ⅲ、压力传感器、三通接头Ⅲ、一体化吸附/解吸/破碎罐均安设在可调温式恒温箱中。
[0005]一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验方法，包括以下步骤：
[0006]①
将煤样粉碎后筛分选取所需粒径，置于真空干燥箱中，在60
‑
80℃抽真空干燥24
‑
48h；
[0007]②
关闭针阀Ⅰ、针阀Ⅳ、减压阀Ⅱ，打开减压阀Ⅰ、针阀Ⅱ、针阀Ⅲ，向系统内充入氦气，数据采集仪采集压力传感器的压力数据，压力在6h后保持不变，则认为系统气密性良好；
[0008]③
将干燥后的煤样称重并装入一体化吸附/解吸/破碎罐，设置可调温式恒温箱温度，使参比罐和一体化吸附/解吸/破碎罐的温度稳定；
[0009]④
关闭减压阀Ⅰ，打开针阀Ⅰ，启动真空泵，在恒温条件下对一体化吸附/解吸/破碎罐内的煤样进行真空脱气大于等于12h，采集一组压力和温度，记为一体化吸附/解吸/破碎罐初始压力p3、一体化吸附/解吸/破碎罐初始温度T3；
[0010]⑤
关闭针阀Ⅰ、针阀Ⅲ，打开减压阀Ⅰ、针阀Ⅱ，向参比罐充入氦气，然后关闭减压阀Ⅰ、针阀Ⅱ，待压力稳定后采集一组参比罐压力、温度，记为参比罐初始压力p2、参比罐初始温度T2，随后打开参比罐和一体化吸附/解吸/破碎罐之间的针阀Ⅲ(12)，待压力平衡后采集一组压力、温度，记为平衡后压力p1、平衡后温度T1，计算出煤样的体积V
s
和一体化吸附/解吸/破碎罐内的自由空间体积V
f
；
[0011]⑥
重复步骤
⑤
，一体化吸附/解吸/破碎罐内自由空间体积重复测定至少3次，其中两次测量结果之间的差值小于等于0.1ml；
[0012]⑦
重复步骤
④
，对系统内的氦气进行真空脱气，采集一组压力、温度，记为真空脱气后一体化吸附/解吸/破碎罐的初始压力p
′3、真空脱气后一体化吸附/解吸/破碎罐的初始温度T
′3；
[0013]⑧
关闭针阀Ⅰ、针阀Ⅲ、减压阀Ⅰ、针阀Ⅳ，打开减压阀Ⅱ、针阀Ⅱ，向参比罐充入瓦斯气体，然后关闭减压阀Ⅱ、针阀Ⅱ，待压力稳定后采集一组参比罐内的压力、温度，记为参比罐内瓦斯气体初始压力p
′2、参比罐内瓦斯气体初始温度T
′2，随后打开参比罐和一体化吸附/解吸/破碎罐之间的针阀Ⅲ，待瓦斯吸附平衡后采集一组压力、温度，记为瓦斯吸附平衡后压力p
′1、瓦斯吸附平衡后温度T1′
，分别计算出煤样内的吸附瓦斯量Q
吸附量
和游离瓦斯量Q
游离量
；
[0014]⑨
关闭参比罐和一体化吸附/解吸/破碎罐之间的针阀Ⅲ，打开针阀Ⅳ，使用气体解吸仪测定煤样的瓦斯解吸量，解吸过程持续时间为1
‑
2h，得到解吸曲线后，减去煤样内的游离瓦斯量Q
游离量
，即得到不包含游离瓦斯的解吸量Q2和吸附瓦斯的解吸曲线；
[0015]⑩
启动一体化吸附/解吸/破碎罐的气动破碎马达，粉碎其中的煤样，继续使用气体解吸仪计量残余瓦斯解吸量Q3，随后利用不可解吸瓦斯量的计算公式计算出煤样粉碎后的不可解吸瓦斯量Q
不可解吸量
；
[0016]得到煤样吸附瓦斯的解吸曲线后，通过舍弃不同时长的初始解吸数据来模拟钻孔取样过程中煤样不同的暴露时间及其瓦斯损失量Q
实验损失量
，然后基于舍弃后剩余的瓦斯解吸数据和曲线使用损失量反演模型计算瓦斯损失量Q
′1；
[0017]得到实验系统直接测定的瓦斯含量Q
实验含量
值后，标定钻孔瓦斯损失量反演模型的计算误差ε
损失量
以及标定煤层瓦斯含量测定误差ε
含量
。
[0018]进一步，步骤
⑤
中所述的计算煤样的体积V
s
，计算公式如下：
[0019][0020]式中：V1——系统总体积；
[0021]V2——参比罐体积；
[0022]V3——一体化吸附/解吸/破碎罐体积；
[0023]Z1——平衡条件下气体的压缩因子；
[0024]Z2——参比罐初始气体的压缩因子；
[0025]Z3——一体化吸附/解吸/破碎罐初始气体的压缩因子；
[0026]步骤
⑤
中所述的计算一体化吸附/解吸/破碎罐内自由空间体积V
f
，计算公式如下：
[0027]V
f
＝V3‑
V
s
ꢀꢀꢀ
(2)。
[0028]进一步，步骤
⑧
中所述的计算煤样吸附瓦斯量Q
吸附量
，计算公本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验系统，其特征在于，氦气源(1)通过减压阀Ⅰ(2)连接到三通接头Ⅰ(5)的第一进口，瓦斯气源(3)通过减压阀Ⅱ(4)连接到三通接头Ⅰ(5)的第二进口，三通接头Ⅰ(5)的出口连接三通接头Ⅱ(6)的进口，三通接头Ⅱ(6)的第一出口通过针阀Ⅰ(7)连接真空泵(8)，三通接头Ⅱ(6)的第二出口通过针阀Ⅱ(9)连接参比罐(10)的进口，参比罐(10)的出口通过针阀Ⅲ(12)连接三通接头Ⅲ(14)的进口，三通接头Ⅲ(14)的第一出口通过针阀Ⅳ(16)连接气体解吸仪(18)，三通接头Ⅲ(14)的第二出口连接一体化吸附/解吸/破碎罐(15)；参比罐(10)的顶部连接有压力传感器(11)，压力传感器(11)的数据通过数据线传输至数据采集仪(13)；参比罐(10)、针阀Ⅲ(12)、压力传感器(11)、三通接头Ⅲ(14)、一体化吸附/解吸/破碎罐(15)均安设在可调温式恒温箱(17)中。2.一种标定煤层瓦斯含量测定误差的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
①
将煤样粉碎后筛分选取所需粒径，置于真空干燥箱中，在60
‑
80℃抽真空干燥24
‑
48h；
②
关闭针阀Ⅰ(7)、针阀Ⅳ(16)、减压阀Ⅱ(4)，打开减压阀Ⅰ(2)、针阀Ⅱ(9)、针阀Ⅲ(12)，向系统内充入氦气，数据采集仪(13)采集压力传感器(11)的压力数据，压力在6h后保持不变，系统气密性良好；
③
将干燥后的煤样称重并装入一体化吸附/解吸/破碎罐(15)，设置可调温式恒温箱(17)温度，使参比罐(10)和一体化吸附/解吸/破碎罐(15)的温度稳定；
④
关闭减压阀Ⅰ(2)，打开针阀Ⅰ(7)，启动真空泵(8)，在恒温条件下对一体化吸附/解吸/破碎罐(15)内的煤样进行真空脱气大于等于12h，采集一组压力和温度，记为一体化吸附/解吸/破碎罐初始压力p3、一体化吸附/解吸/破碎罐初始温度T3；
⑤
关闭针阀Ⅰ(7)、针阀Ⅲ(12)，打开减压阀Ⅰ(2)、针阀Ⅱ(9)，向参比罐(10)充入氦气，然后关闭减压阀Ⅰ(2)、针阀Ⅱ(9)，待压力稳定后采集一组参比罐(10)压力、温度，记为参比罐初始压力p2、参比罐初始温度T2，随后打开参比罐(10)和一体化吸附/解吸/破碎罐(15)之间的针阀Ⅲ(12)，待压力平衡后采集一组压力、温度，记为平衡后压力p1、平衡后温度T1，计算出煤样的体积V
s
和一体化吸附/解吸/破碎罐(15)内的自由空间体积V
f
；
⑥
重复步骤
⑤
，一体化吸附/解吸/破碎罐(15)内自由空间体积重复测定至少3次，其中两次测量结果之间的差值小于等于0.1ml；
⑦
重复步骤
④
，对系统内的氦气进行真空脱气，采集一组压力、温度，记为真空脱气后一体化吸附/解吸/破碎罐的初始压力p
′3、真空脱气后一体化吸附/解吸/破碎罐的初始温度T
′3；
⑧
关闭针阀Ⅰ(7)、针阀Ⅲ(12)、减压阀Ⅰ(2)、针阀Ⅳ(16)，打开减压阀Ⅱ(4)、针阀Ⅱ(9)，向参比罐(10)充入瓦斯气体，然后关闭减压阀Ⅱ(4)、针阀Ⅱ(9)，待压力稳定后采集一组参比罐(10)内的压力、温度，记为参比罐内瓦斯气体初始压力p
′2、参比罐内瓦斯气体初始温度T
′2，随后打开参比罐(10)和一体化吸附/解吸/破碎罐(15)之间的针阀Ⅲ(12)，待瓦斯吸附平衡后采集一组压力、温度，记为瓦斯吸附平衡后压力p
′1、瓦斯吸附平衡后温度T1′
，分别计算出煤样内的吸附瓦斯量Q
吸附量
和游离瓦斯量Q
游离量
；
⑨
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【专利技术属性】
技术研发人员：周福宝，康建宏，王有湃，朱继鹏，刘应科，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：