一种煤岩视密度测量装置和测量方法与流程

1.本发明涉及煤、砂岩、泥岩等储层固体矿物视密度的测试技术领域，特别涉及一种煤岩视密度测量装置和一种煤岩视密度测量方法。


背景技术：

2.煤岩的视密度是表征煤物理特性的一项重要指标，其可以反映煤岩内部的组成结构状态和力学性质，且煤岩的视密度还是计算煤层储量的重要参数之一。在储煤仓的设计中、在洗精煤的运输、磨细、燃烧过程中的计算问题都要用煤岩的视密度。目前，煤岩的视密度测试方法有gb/t 6949-2010煤的视相对密度测定方法、mt/t 1027-2006煤芯煤样视相对密度测定。但是，利用密度瓶称重的方法计算煤岩的视相对密度，操作步骤相对繁琐，对环境温度和检测人员的技能要求都较高。因此，需要开发一种实现煤岩视密度快速简便测量的方案。


技术实现要素：

3.鉴于现有技术煤岩视密度测量相对复杂繁琐、对环境温度和人员水平要求高的问题，提出了本技术的一种煤岩视密度测量装置和测量方法，以便克服上述问题。
4.为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：
5.依据本技术的一个方面，提供了一种煤岩视密度测量装置，该装置包括：样品室、参考室、压力计量单元、气源、进气阀和平衡阀；
6.气源通过进气阀连接参考室；
7.参考室通过平衡阀连通样品室；
8.压力计量单元用于测量测量装置内填充气体的压力。
9.可选地，该装置还包括放空阀，放空阀用于为测量装置放空。
10.可选地，放空阀连接于样品室，或者连接于样品室与参考室之间的连接管路。
11.可选地，样品室的材质为透明材质。
12.依据本技术的另一个方面，提供了一种利用上述任一项测量装置进行的煤岩视密度测量方法，该方法包括：
13.步骤一：制备煤岩样品，测量煤岩样品的质量m；
14.步骤二：向测量装置的样品室中加入适量液体，并向参考室中通入定量气体，通过读取平衡阀打开前后所述压力计量单元测出的压力值，利用波义尔定律测量此时测量装置内的自由体积v2；
15.步骤三：向测量装置的样品室中继续加入煤岩样品，使煤岩样品被液体浸没，向参考室中通入定量气体，利用波义耳定律计算装入煤岩样品后测量装置内的自由体积v3；
16.步骤四：计算煤岩样品的体积v＝v2-v3，进而计算煤岩样品的煤岩视密度ρ＝m/v。
17.可选地，
18.步骤二具体包括：向测量装置的样品室中加入适量液体，并向参考室中通入定量
气体，保持平衡阀关闭，记录此时所述压力计量单元测出的压力值p1；打开平衡阀，待参考室与样品室内的气体平衡后，记录此时所述压力计量单元测出的压力值p2，根据波义尔定律，此时测量装置内的自由体积v2＝p1*v1/p2，其中，v1为参考室的体积；
19.步骤三具体包括：向测量装置的样品室中继续加入煤岩样品，使煤岩样品被液体浸没，向参考室中通入定量气体，保持平衡阀关闭，记录此时所述压力计量单元测出的压力值p3；打开平衡阀，待参考室与样品室内的气体平衡后，记录此时所述压力计量单元测出的压力值p4，根据波义尔定律，此时测量装置内的自由体积v3＝p3*v1/p4，其中，v1为参考室的体积。
20.可选地，步骤一中，制备煤岩样品具体包括：制备符合mt/t1027或gb/t6490标准的颗粒状煤岩样品。
21.可选地，步骤一中，测量煤岩样品的质量精度不小于0.001g。
22.可选地，步骤二中，向所述测量装置的所述样品室中加入的液体为液态石蜡。
23.可选地，该方法还包括，在测试之前对测量装置进行气密性检验。
24.综上所述，本技术的有益效果是：
25.依据物体完全浸入液体时排开液体体积等于物体体积这一原理，通过波义尔定律，借助定量气体通入，先后计算样品室放入样品前后测试装置内的自由体积之差，也即煤岩样品的外表面体积，即可通过密度公式计算煤岩样品的视密度，而且测试装置操作简单，测试过程相对容易，无需对煤岩样品进行蜡封等繁琐操作，过程快速高效，计算结果精确可靠，有效降低了人员水平对测试结果的影响。
附图说明
26.图1为本技术一个实施例提供的一种煤岩视密度测量装置结构示意图；
27.图2为本技术一个实施例提供的一种煤岩视密度测量方法流程示意图。图中：1、气源；2、进气阀；3、参考室；4、压力计量单元；5、放空阀；6、平衡阀；7、样品室。
具体实施方式
28.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地详细描述。
29.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
30.本技术的技术构思是：根据物体完全浸入液体时排开液体体积等于物体体积这一原理，以及波义尔定律，利用定量气体通入的方式，快速、准确地测量被测煤岩样品的外表面体积，从而获取煤岩视密度。
31.图1公开了本技术煤岩视密度测量装置一个实施例的结构示意图，如图1所示，该测量装置包括：样品室7、参考室3、压力计量单元4、气源1、进气阀2和平衡阀6。其中，气源1通过进气阀2连接参考室3，用于向参考室3内充入气体。参考室3通过平衡阀6连通样品室7。压力计量单元4用于测量测量装置内填充气体的压力，以通过该压力计算获得测量装置内
的自由体积，进而得到煤岩样品体积。
32.测量时，只需要先后向样品室7中加入液体和煤岩样品，并依次分别充入定量的气体测量压力值，就可以利用波义尔定律，计算测量装置内的自由体积之差，从而获取煤岩样品体积，计算煤岩的视密度。该过程中，无需人员对煤岩样品进行蜡封处理，也省去了测量过程中考虑蜡封密度以及温度的影响，因而操作简单、快速、方便，有效避免了人员操作失误，降低了煤岩视密度测量的难度。
33.在本技术图1所示的实施例中，该测试装置还包括放空阀5，放空阀5用于为测量装置放空，以实现气体排放。优选地，放空阀5连接于样品室7，或者如图1所示连接于样品室7与参考室3之间的连接管路。
34.在本技术的一个优选实施例中，样品室7的材质为透明材质，可以方便观察煤岩样品是否被液体完全浸没，以及，在加入煤岩样品之后，观察煤岩样品吸附的气泡以及液体中的气泡是否已消除，从而避免气泡占据液体体积而造成测量误差。
35.本技术还公开了一种煤岩视密度测量方法，依据上述任一项所述的测量装置进行。图2为本技术煤岩视密度测量方法的一个实施例，如图2所示，该方法包括：
36.步骤一：制备煤岩样品，测量煤岩样品的质量m。
37.其中，煤岩样品为符合mt/t1027或gb/t6490等标准的颗粒状煤岩样品，可以满足相应的测量要求。
38.步骤二：向测量装置的样品室中加入适量液体，并向参考室中通入定量气体，通过读取平衡阀打开前后压力计量单元测出的压力值，利用波义尔定律测量此时测量装置内的自由体积v2。
39.步骤三：向测量装置的样品室中继续加入煤岩样品，使煤岩样品被液体浸没，向参考室中通入定量气体，利用波义耳定律计算装入煤岩样品后测量装置内的自由体积v3。
40.步骤四：计算煤岩样品的体积v＝v2-v3，进而计算煤岩样品的煤岩视密度ρ＝m/v。
41.由于本技术测量方法中无需对煤岩样品进行蜡封，没有对特定温度的要求，只需要在测量过程中保持温度无较大变动即可(如温度变化1℃以内)，而且计算简单方便，因而大大降低了测量难度，也避免了人员操作失误造成的精度影响。
42.在本技术的一个实施例中，结合图1所示测试装置，介绍步骤二和步骤三的具体操作流程。
43.步骤二：
44.首先向测量装置的样品室7中加入适量液体，并向参考室3中通入定量气体，此时保持平衡阀6关闭，记录此时压力计量单元4测出的压力值p1。打开平衡阀6，待参考室3与样品室7内的气体平衡后，记录此时压力计量单元4测出的压力值p2。记此时测量装置内自由体积v2，根据波义尔定律，定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比，可知p1*v1＝p2*v2，其中，v1为参考室3的体积(可理解的，该参考室3的体积v1，在实际测量操作中包括被平衡阀6所堵截、与参考室3连通的管路体积)，计算此时测量装置内的自由体积v2＝p1*v1/p2。
45.步骤三：
46.向测量装置的样品室7中继续加入煤岩样品，使煤岩样品被液体浸没，向参考室3中通入定量气体，保持平衡阀6关闭，记录此时压力计量单元4测出的压力值p3。打开平衡阀
6，待参考室3与样品室7内的气体平衡后，记录此时压力计量单元4测出的压力值p4。记此时测量装置内自由体积v3，根据波义尔定律，可知p3*v1＝p4*v3，其中，v1为参考室3的体积，计算此时测量装置内的自由体积v3＝p3*v1/p4。
47.步骤二和步骤三所得的测量装置自由体积之差，即为煤岩样品的外表面体积，即v＝v2-v3。
48.在本技术的一个优选实施例中，步骤一中，测量煤岩样品的质量精度不小于0.001g。
49.在本技术的一个优选实施例中，步骤二中，向测量装置的样品室7中加入的液体为液态石蜡。
50.在本技术的一个优选实施例中，该测量方法还包括，在测试之前对测量装置进行气密性检验。结合图1所示测量装置的实施例，介绍检测气密性的方法如下：
51.首先保持所有阀门关闭，后打开进气阀2向参考室3充入定量气体。关闭进气阀2，通过压力计量单元4观察压力变化确定参考室3的部分密封性。然后打开平衡阀6，同样通过压力计量单元4观察压力变化确定样品室7的部分密封性。若参考室3和样品室7的气密性均良好，则打开放空阀5放空测试装置内的气体，可正式开始测试。
52.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。