一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于煤矿瓦斯含量测定技术领域，涉及一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量 的测定方法及装置。
【背景技术】
[0002] 煤矿区瓦斯作为一种高能洁净的能源，其探勘、开发和利用技术越来越受到世界 多国的重视。我国煤炭开采历史悠久，遗留有大量的密闭采空区（或废弃矿井），采空区瓦 斯地面抽采技术能够充分利用煤层开采的卸压增透效应，避开岩层的剧烈活动期，实现地 面井抽采寿命的最大化，在我国发展前景良好。煤矿采空区瓦斯来源包括邻近卸压煤层瓦 斯、采场煤柱残余瓦斯及采空区内部落煤残余瓦斯等几大类，其中落煤残余瓦斯解吸量是 采空区可抽采瓦斯资源的重要组成部分，其估算的准确性直接影响着采空区瓦斯资源量评 估结果的可靠性。国内目前关于煤矿封闭采空区落煤残余瓦斯解吸规律、落煤残余瓦斯含 量变化的研究成果较少，不足以支撑采空区瓦斯资源量相关评估参数的准确选取。
[0003] 因此需要进行针对采空区不同粒径遗煤瓦斯解吸实验的研究，以了解大块度原生 遗煤的解吸规律。而现有的瓦斯解吸实验方法针对采空区大粒径原生煤样解吸的实际情况 存在着以下一些不足：
[0004] (1)现有实验多是将原生煤样加工为粒径小于IOmm的煤粉，而针对原生大粒径块 煤进行的瓦斯解吸实验较少，而老采空区遗煤多为粒径大小不一的块煤，因此需要了解不 同块度煤样的解吸规律；
[0005] (2)在解吸时间方面，现阶段的实验解吸时间集中在30~200min之间，在煤样进 行饱和吸附的情况下测定瓦斯解吸最初阶段的解吸量变化情况，而在采空区资源评估等实 际生产活动中，则需要了解采空区遗煤长时间解吸后瓦斯含量的变化规律，因此有必要针 对不同粒径煤样进行长时间解吸实验研究；
[0006] 综上所述，需要在现有的研究基础上，针对老采空区遗煤瓦斯解吸的特定情况进 行相应的实验研究，以得出特定老采空区不同粒径煤样的瓦斯解吸规律。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定方法 及装置，能够测定并计算出采空区遗煤的瓦斯解吸量，为采空区资源评估提供准确的依据。
[0008] 本发明的目的之一是提供一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定方法，本发明 的目的之二是提供一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定装置。
[0009] 本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：
[0010] -种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定方法，该方法包括以下步骤：
[0011] 步骤1)采空区选择自然散落的不同粒径的煤样，根据粒径的大小对煤样进行分 类；
[0012] 步骤2)将不同粒径的煤样分别放入不同尺寸的密封单元，并对密封单元进行密 封；
[0013] 步骤3)密封单元与瓦斯气体检测装置连接，并检查装置气密性；
[0014] 步骤4)将密封单元放入恒温水浴中，保持恒定解吸温度并使密封单元与气体测 量装置两者压力达到平衡状态，开始测定瓦斯解吸量。
[0015] 进一步，所述煤样保持从工作面取下的原生状态密封运输至实验室，不经过干燥 脱气及饱和吸附过程，以煤样原始瓦斯含量进行解吸。。
[0016] 进一步，所述步骤2)对密封单元进行密封采用真空密封的方法，密封单元为密封 袋，通过真空栗将密封袋抽吸至压缩状态，并且使密封袋与瓦斯气体检测装置的压力达到 动态平衡状态。
[0017] 进一步，煤样瓦斯解吸速度随时间的变化规律如下：
[0018]
[0019] 其中，Vt为解吸时间为t时煤样的瓦斯解吸速度；t为煤样的瓦斯解吸时间，t多1， 单位d ; α、β为瓦斯解吸速度随时间的衰减系数。
[0020] 进一步，在不同温度下不同粒径遗煤瓦斯解吸速度为：
[0021] Vt= V20X η
[0022] 其中，Vt为解吸温度为T时t时刻的瓦斯解吸速度；V 2。为解吸温度为20°C时 t时刻的瓦斯解吸速度；T为煤样的解吸温度；Tl为温度对瓦斯解吸速度的修正系数，
a、b为回归系数，T为瓦斯解吸温度。
[0023] 进一步，不同粒径遗煤在不同温度下累积解吸量的计算经验公式为：
[0024]
[0025] 其中，α为瓦斯解吸速度随时间的衰减系数，α = 60. 9421X0. 7433*+4. 3575 ;t 为煤样的瓦斯解吸时间（d)t多I 为煤样粒径；ri为温度对瓦斯解吸速度的修正系数，
，a、b为回归系数，T为瓦斯解吸温度。
[0026] 本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：
[0027] -种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定装置，该装置包括煤样密封单元、瓦斯 气体测量单元、恒温单元；所述煤样密封单元与瓦斯气体测量单元连接，瓦斯气体测量单元 用于测量煤样的瓦斯解吸量；所述恒温单元用于对煤样密封单元进行保温，测得在不同温 度下煤样的瓦斯解吸量。
[0028] 进一步，所述煤样密封单元为可压缩的真空密封袋，密封袋与瓦斯气体检测装置 的压力达到动态平衡状态。
[0029] 进一步，所述恒温单元为恒温水浴，将煤样密封单元置于恒温水浴中，通过控制恒 温水浴的温度，获得不同温度下煤样的长时间解吸瓦斯的数据。
[0030] 进一步，所述测定装置还包括真空栗、真空计、阀门；所述真空栗用于将密封单元 抽吸至压缩状态，所述真空计用于测量密封单元与瓦斯气体检测装置的真空度或气压；所 述阀门用于控制整个装置的气流。
[0031] 本发明的有益效果在于：本发明提供的一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定 方法及装置能够准确测定并计算出采空区不同粒径遗煤的瓦斯解吸量，选择自然散落的不 同粒径的煤样，尽量保持煤样的原始状态进行测量，减小测量的相对误差，采用密封袋进行 密封，可有效降低内部死空间，贴紧煤样，保证测量的准确性，且安装方便，成本低廉，通过 恒温单元可以测定温度对于遗煤瓦斯解吸的影响。
【附图说明】
[0032] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0033] 图1为煤样密封单元的工作原理图；
[0034] 图2为本发明所述装置的结构图；
[0035] 图3为本发明所述方法的流程图；
[0036] 其中，图2和图3中的1为煤样密封单元，2为恒温单元瓦斯气体测量单元，3为阀 门I ;4为真空栗，5为真空计，6为液体量管，7为阀门II。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0038] 本发明提供的一种采空区大块度遗煤瓦斯解吸量的测定方法，如图3所示，包括 以下步骤：
[0039] 步骤1)采空区选择自然散落的不同粒径的煤样，根据粒径的大小对煤样进行分 类；
[0040] 煤样保持从工作面取下的原生状态密封运输至实验室，不经过干燥脱气及饱和吸 附过程，以煤样原始瓦斯含量进行解吸。
[0041] 步骤2)将不同粒径的煤样分别放入不同尺寸的密封单元，并对密封单元进行密 封；
[0042] 影响采空区遗煤粒径的主要因素有：
[0043] ①煤的物理性质：当煤层煤质坚硬系数越大，则煤体掉落时不易破碎，大块煤体较 多，因此遗煤平均粒度越大。
[0044] ②采煤方法：当采用综采放顶煤进行采煤时，与分层开采相比较采用放顶煤开采 时煤层的重复破碎次数较低，因此大粒径块煤较多，相应的采空区遗煤平均粒度会增大。
[0045] ③矿山压力：一次采高越大，遗留煤柱所承受矿压就越严重，大块煤体在矿压作用 下粉碎，因此遗煤的平均粒度也就相对较小。
[0046] ④地质构造：当工作面遇到地质构造带时，会导致煤体破碎从而减小遗煤粒度。
[0047] 采集煤样为工作面新鲜煤样，选择自然散落的不同粒径的煤样，根据取样煤矿的 实际情况以及现场的观测，选取的煤样粒径在现场遗煤中应占比例较大。
[0048] 在现场测定瓦斯残余含量后在井下用双层密封袋进行密封后运送至实验室，防止 煤样的氧化以及外在水分的损失，尽量保持煤样的原始状态。
[0049] 将煤样运送至实验室后，过滤掉粒径较小的煤粉按实验要求对粒径称重后分别将 其装入密封实验袋中。煤样在进行瓦斯解吸过程中会受到各种外界因素的影响，而小质量 的煤样在采集、制备及实验过程中，往往会增大瓦斯解吸实验与煤层瓦斯含量测定的相对 误差，为了尽量减小实验的相对误差，本实验采用大质量（IKG)煤样进行实验研究，根据取 样工作面块煤粒径分布实际情况，选取煤样范围大致分布为IOmm~150mm，每组实验煤样 粒径差别为l〇mm。
[0050] 对密封单元进行密封采用真空密封的方法，密封单元为密封袋，通过真空栗将密 封袋抽吸至压缩状态，并且使密封袋与瓦斯气体检测装置的压力达到动态平衡状态。
[0051] 步骤3)密封单元与瓦斯气体检测装置连接，并检查密封单元与瓦斯气体检测装 置的气密性；
[0052] 步骤4)将密封单元放入恒温水浴中，保持恒定解吸温度并使密封单元与气体测 量装置两者压力达到平衡状态，开始测定瓦斯解吸量。
[0053] 实验温度设定为20°C，实验时间定为150天，每个样品的解吸实验数据每天记录 一次，通过液体量管每天液面高度的变化测量出瓦斯煤样的瓦斯解吸量。液体量管容积为 250ml±0. 2ml。当量管内液体排空时封闭橡胶管，再次加水后重新连接。
[0054] 同时记录液体量管水柱高度以及实验室大气压力，以作为实验数据处理的依据。 在记录实验数据后，需将实测