本发明属于煤矿瓦斯灾害防治领域，尤其涉及一种煤样破碎过程瓦斯损失量测定实验系统及方法。
背景技术：
煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种极其复杂的瓦斯动力灾害现象。我国2009年起执行了《防治煤与瓦斯突出规定》，对煤与瓦斯突出煤层的开采提出了严格要求，但煤与瓦斯突出灾害防治形势依然严峻，时有事故发生。进行煤与瓦斯突出预测，能指导防突措施科学的运用、减少防突措施工程量，保障突出煤层作业人员的人身安全。因此，突出预测具有重大的现实意义。根据煤与瓦斯突出的综合作用假说，煤层瓦斯含量是瓦斯突出的直接控制因素，只有达到一定的瓦斯含量，煤层才具有突出的可能性。近年来，煤层瓦斯含量作为突出危险性预测指标越来越得到国内外的关注。
直接法测量煤层瓦斯含量主要是由现场解析的瓦斯量、瓦斯损失量及残存瓦斯量组成。现场解析的瓦斯量和残存在煤样罐中的瓦斯量都可以直接测量得到，但是损失瓦斯量却需要在现场解析数据及相关记录参数的基础上求的。井下的损失瓦斯量主要是指钻头钻开煤层到煤样装罐密封连通解吸仪开始解吸之前释放掉的瓦斯含量，而瓦斯的初始解吸速度很大，因此准确求取损失量是煤层瓦斯含量测定的难点。
目前损失瓦斯量是通过补偿推算得到，关于损失瓦斯量的补偿计算，国内外不少大学者对直接法测定煤层瓦斯含量过程中瓦斯损失量补偿方面做过大量研究，著名的有：剑桥大学博士巴雷尔，德国工学博士文特，前苏联研究人员乌斯基诺夫；澳大利亚学者博特，美国犹他州大学，煤炭科学研究总院沈阳研究院王佑安，重庆研究院孙重旭等。但所有这些补偿计算公式与方法在不同时间段、不同煤质与不同介质中瓦斯解吸规律不尽相同，因而采用补偿公式推算出来的损失瓦斯量误差较大，直接影响直接法瓦斯含量测定值的准确性，对煤矿安全生产带来安全隐患。
技术实现要素：
本发明为了揭示直接法瓦斯含量测定过程中钻头钻开煤层后煤层瓦斯初始解吸的规律，提供一种煤样破碎过程瓦斯损失量测定的实验系统及方法。
实验系统包括实验主体装置、抽真空系统、压力加载系统、气体加载系统、直线电机控制系统、数字型质量流量计和气体收集系统。
所述实验主体装置包括两个仓体：一个碎煤仓，用于保存钻进过程产生的碎煤；一个型煤仓，用于放置制作好的型煤。
所述碎煤仓，由一个能耐高压的腔体组成，腔体的前方布置一台直线电机，直线电机的螺杆钻头伸入碎煤仓中，正对型煤仓与碎煤仓中间的开口位置，直线电机启动后，螺杆钻头可钻入型煤仓中破碎型煤。碎煤仓腔体的上部有两个气口：一个是碎煤仓出气口A，用于对碎煤仓抽真空；另一个是碎煤仓出气口B，用于在破碎型煤时排出解吸的氮气。碎煤仓腔体的下部有一个仓盖，螺杆钻头钻进结束后，可通过打开碎煤仓仓盖取出碎煤仓中的碎煤。
所述型煤仓，由一个能耐高压的腔体组成，腔体前部中心位置有一个开口，可让螺杆钻头通过，破碎型煤仓中的型煤。这个开口在实验放置型煤之前要放置一块隔板，用于将型煤仓与碎煤仓隔离。型煤仓腔体上部有两个气口：一个是型煤仓充气口，用来向型煤仓中的型煤充入实验用氮气；另一个气口是型煤仓出气口，用于在充气前对型煤仓抽真空。型煤仓腔体后部有压力加载推杆，用于给型煤施加设定压力。
进行实验时，所述碎煤仓出气口A和型煤仓出气口与抽真空系统相连，碎煤仓出气口B与数字式质量流量计、气体收集系统依次相连，型煤仓充气口与气体加载系统相连，压力加载推杆与压力加载系统相连，直线电机与直线电机控制系统相连。
本发明还提供一种煤样破碎过程瓦斯损失量测定的方法，包括以下具体步骤：
(1)首先进行煤样采集，根据相似原理进行型煤制备；
(2)完成实验系统相关部分的连接组装，在碎煤仓和型煤仓之间的连接孔位置放置隔板；
(3)将制好的型煤放入型煤仓中，密封装置并检查气密性，确定气密性良好后，关闭型煤仓充气口和碎煤仓出气口B阀门，打开型煤仓出气口和碎煤仓出气口A阀门，用真空泵对型煤和碎煤仓抽真空；
(4)关闭型煤仓出气口和碎煤仓出气口A阀门，打开型煤仓充气口阀门给型煤充气，保持气压稳定，充气12小时以上；
(5)充气完成后，开动压力机通过压力加载推杆对型煤加压至设计压力，保压30分钟；
(6)打开碎煤仓出气口B阀门，启动直线电机，推进螺杆钻头穿过隔板，破碎型煤；
(7)设定时间到，关闭直线电机和碎煤仓出气口B阀门；
(8)数字式质量流量计记录破碎时的初始解吸速率，通过量筒记录总的解吸量；
(9)打开碎煤仓收集碎煤，对收集到的碎煤进行筛分称重；
(10)分析型煤破碎过程中的解吸规律。
采用上述技术方案，本发明可实现对煤层破碎瓦斯初始解吸的过程进行模拟，为掌握煤层破碎瓦斯初始解吸规律提供实验手段。通过大量的实验数据可以分析不同煤层在不同环境参数情况下破碎时瓦斯初始解吸的规律，总结出瓦斯解吸量计算公式。为直接法测量煤层瓦斯含量法中的瓦斯损失量计算提供科学的理论依据，提高直接法的测量准确度，为煤矿安全开采提供技术保障。
附图说明
图1是本发明所采用的煤样破碎过程瓦斯损失量测定实验主体装置结构示意图。图中：1-1螺杆钻头，1-2直线电机，1-3碎煤仓出气口A，1-4碎煤仓出气口B，1-5碎煤仓，1-6隔板，1-7型煤仓，1-8型煤，1-9连接杆，1-10型煤仓充气口，1-11型煤仓出气口，1-12压力加载推杆，1-13碎煤仓仓盖。
具体实施方式
实验进行前首先要采集煤矿井下煤层煤样，将原煤用破碎机粉碎，然后将干燥煤样放入振动筛筛分，根据相似原理和一定的配比制作成型煤待用。完成实验系统组装，将实验主体装置和其它附属系统根据实验系统组成进行连接：直线电机1-2连接至直线电机控制系统，碎煤仓出气口A(1-3)和型煤仓出气口(1-11)都连接到抽真空系统，碎煤仓出气口B(1-4)依次连接数字型质量流量计和气体收集系统，型煤仓充气口(1-10)连接到气体加载系统，压力加载推杆(1-12)连接到压力加载系统。
开始实验首先在型煤仓和碎煤仓之间的连接孔处放置特制隔板(1-6)，然后将型煤放入型煤仓(1-7)中。将实验主体装置密封并进行气密性检查，确认气密性良好后，打开碎煤仓出气口A(1-3)和型煤仓出气口(1-11)阀门，关闭碎煤仓出气口B(1-4)和型煤仓充气口(1-10)阀门，用真空泵对碎煤仓和型煤仓中的型煤抽真空。抽真空完毕后，关闭碎煤仓出气口A(1-3)和型煤仓出气口(1-11)阀门，打开煤仓充气口(1-10)阀门，给型煤充实验用氮气，保持气压稳定，充气12小时以上。完成充气后，开动压力机给型煤加载至设计压力，保压30分钟。打开碎煤仓出气口B(1-4)阀门，按照实验方案设计钻进速度启动直线电机(1-2)，螺杆钻头(1-1)向前推进，钻穿隔板(1-6)后，开始破碎型煤(1-8)，碎煤落入碎煤仓(1-5)中，型煤破碎解吸的氮气通过碎煤仓出气口B(1-4)通过数字型质量流量计进入气体收集系统，在实验设定时间内，数字型质量流量计记录破碎过程氮气解吸速率，气体收集系统收集解吸的全部气体。达到实验设定时间后，停止直线电机(1-2)，关闭碎煤仓出气口B(1-4)阀门，打开碎煤仓仓盖(1-13)，收集破碎的全部碎煤，对碎煤进行筛分称重。
实验结束，对实验中记录的数据进行分析。