控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法、装置

本发明涉及煤体吸附解吸特性研究，具体为控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法、装置。

背景技术：

1、煤是一种孔隙、裂隙发育的多孔介质，成煤中伴随着大量煤层瓦斯的产生,且瓦斯在煤中主要以吸附态存在，煤层瓦斯的有效抽采，不仅可以降低矿井瓦斯事故的发生率，而且能够将煤层气作为一种附属清洁能源加以利用。目前国内外抽采技术最为有效的地面煤层水力压裂法和井下煤层水力割缝法，均可以在一定程度上提高煤层气的开采效率，但是两种工艺都会涉及到高压水对块裂煤体的作用，一方面会抑制瓦斯的解吸，另一方面会阻碍煤体的吸附，因此研究含水率对煤体吸附解吸特征对瓦斯资源利用及灾害防治具有重要的意义。

2、煤中水分主要有外在水、内在水和化合水三种，其中外在水为附着在煤表面的水分，把煤放在空气中干燥时,由于煤周围温度的影响加之其表面积几乎完全暴露于空气中,故外在水分很容易蒸发蒸发过程到煤表面的水蒸汽压和空气的相对湿度平衡时为止，内在水和化合水对煤的吸附解吸产生主要影响，目前通过试验探究煤的含水率对吸附解吸的影响机制，实验对象对煤块或者煤粉，以吸附实验为例，一般控制含水率采用以下方法：①首先对于煤块或煤粉样品彻底烘干处理保证去除所有水分；②然后采用注水或喷雾方法对样品进行充分润湿饱和；③再通过对饱和水分煤样品控制烘干或者抽真空时间来控制含水率(或者还有一种就是控制润湿时间来实现含水率控制)；④进行抽真空并进行注入气体升压吸附试验；⑤将样品迅速取出称重，然后烘干称重，前后质量差为含水率，也就是先彻底烘干全部去除煤样中水分，然后再人为控制的把外界水施加于煤样。

3、但是该方法还存在一些问题，比如注水或喷雾的方法大多将水分附着在煤样表面，即使对煤样施加外界水几天甚至几十天，试验注入水分仍很难充分转化为煤样中的内在水，而内在水是影响煤吸附解吸的主要原因，因此试样注入的水分并非对吸附解吸有影响的含水率，且通过每次烘干称重控制含水率也不准确，并且试验过程中不可避免的会存在一些人为因素，从而导致出现一些误差。

4、故而我们提出了一种先对煤体进行室温干燥去除外在水，然后再进行控制烘干时间(即控制煤样内天然存在的内在水含量)进行吸附试验，以此精确控制煤体含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法及其装置，来解决以上的问题。

技术实现思路

0、
技术实现要素：
(其中试验方法部分的更改同权利要求)

1、本发明的目的在于提供控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法、装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，包括工作台，所述工作台顶端的一侧固定连接有主机，所述工作台的顶端均匀固定连接有真空罐，所述真空罐一侧的工作台顶端均匀放置有精密天平，所述精密天平的顶端固定连接有隔热板，所述隔热板顶端的中间位置处放置有托板，所述托板的顶端均匀固定连接有样品放置盒，所述隔热板的顶端放置有保温罩，所述保温罩的两侧均固定连接有加热器，所述保温罩的顶端固定连接有排气阀。

4、作为本发明进一步的方案：所述精密天平的顶端放置有玻璃罩，所述玻璃罩一侧的精密天平顶端对应设置有限位框，所述玻璃罩两侧可打开。

5、作为本发明进一步的方案：所述隔热板的顶端开设有凹槽，所述保温罩底端与凹槽相匹配。

6、作为本发明进一步的方案：所述保温罩内部的加热器一侧均匀固定连接有散热翅片。

7、作为本发明进一步的方案：所述托板的底端固定连接有限位柱，所述限位柱下方的隔热板顶端对应开设有限位孔。

8、作为本发明进一步的方案：所述托板的两侧固定连接有提手，所述限位柱的底端开设有倒角。

9、控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法，包括以下步骤：

10、s1:称取八份相同粒径且重量均为50g的煤粉，分别标号为煤样1、煤样2、煤样3、煤样4、煤样5、煤样6、煤样7和煤样8，其中煤样1-煤样4和煤样5-煤样8分为两组；

11、s2:按照现有的试验方法对a组煤样进行试验；

12、s2a：将煤样1、煤样2、煤样3和煤样4放置在同一环境中彻底烘干处理保证去除所有水分；

13、s2b：然后将煤样取出采用注水或喷雾方法对样品进行充分润湿饱和；

14、s2c:再通过对饱和水分煤样品控制烘干时间，分别烘干1小时、3小时、6小时和8小时来控制含水率,并进行抽真空然后注入甲烷或二氧化碳或氮气等特定气体开展吸附试验；

15、s2d:吸附完成后将样品迅速取出称重，然后彻底烘干称重，前后质量差为含水率；

16、s3:按照改进后的方法对b组煤样进行试验；

17、s3a：将四个托板放置在隔热板顶端，使得托板底端的限位柱卡入限位孔内部进行限位，然后将煤样5、煤样6、煤样7和煤样8对应放置在样品放置盒顶端，不将玻璃罩和保温罩盖上，进行室温干燥，保证外在水尽可能全部去除，使得各煤样中剩余水分都为内在水和化合水；

18、s3b：将保温罩盖上进行封闭处理，通过启动加热器工作进行加热烘干，分别烘干1小时、3小时、6小时和8小时并记录精密天平上的重量数值；

19、s3c:将煤样5、煤样6、煤样7和煤样8取出放入真空罐内部进行抽真空以及注入气体进行吸附试验并记录对应的数据；

20、s4:将两组数据进行对比判断。

21、本发明的有益效果：

22、1、本发明中的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法、装置通过将煤样室温自然烘干，以便于将外在水尽可能全部去除，使得煤样中剩余水分都为内在水和化合水，相比较于现有技术中烘干后再注水或喷水润湿饱和来说，彻底避免了水分很难充分转化为煤样中的内在水所产生的误差，并且避免了人为因素的不可控，使得控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验数据更为精准。

23、2、本发明中的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法、装置将多组煤样放置在同一室温环境中，并且在室温烘干、直接烘干和转移抽真空以及吸附试验的过程中都无需人工接触煤样，彻底避免了对煤样的影响，使得称量以及获取的数据更为精准。

技术特征：

1.控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，包括工作台(1)，其特征在于：所述工作台(1)顶端的一侧固定连接有主机(2)，所述工作台(1)的顶端均匀固定连接有真空罐(4)，所述真空罐(4)一侧的工作台(1)顶端均匀放置有精密天平(3)，所述精密天平(3)的顶端固定连接有隔热板(7)，所述隔热板(7)顶端的中间位置处放置有托板(11)，所述托板(11)的顶端均匀固定连接有样品放置盒(12)，所述隔热板(7)的顶端放置有保温罩(6)，所述保温罩(6)的两侧均固定连接有加热器(8)，所述保温罩(6)的顶端固定连接有排气阀(9)。

2.根据权利要求1所述的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，其特征在于，所述精密天平(3)的顶端放置有玻璃罩(5)，所述玻璃罩(5)一侧的精密天平(3)顶端对应设置有限位框，所述玻璃罩(5)两侧可打开。

3.根据权利要求1所述的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，其特征在于，所述隔热板(7)的顶端开设有凹槽(10)，所述保温罩(6)底端与凹槽(10)相匹配。

4.根据权利要求1所述的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，其特征在于，所述保温罩(6)内部的加热器(8)一侧均匀固定连接有散热翅片(13)。

5.根据权利要求1所述的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，其特征在于，所述托板(11)的底端固定连接有限位柱(15)，所述限位柱(15)下方的隔热板(7)顶端对应开设有限位孔(14)。

6.根据权利要求5所述的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验装置，其特征在于，所述托板(11)的两侧固定连接有提手，所述限位柱(15)的底端开设有倒角。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及煤体吸附解吸特性研究技术领域，且公开了控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验方法、装置，包括工作台，工作台顶端的一侧固定连接有主机，工作台的顶端均匀固定连接有真空罐，真空罐一侧的工作台顶端均匀放置有精密天平，精密天平的顶端固定连接有隔热板。本发明通过室温自然干燥将外在水尽可能全部去除，使得煤样中剩余水分都为内在水和化合水，相比较于现有技术中来说，避免了水分很难充分转化为煤样中的内在水所产生的误差，并且避免了人为因素的不可控，使得控制煤含水率对煤吸附解吸特性影响的试验数据更为精准，同时在试验过程中，无需人工直接接触煤样，彻底避免了对煤样的影响，使得称量以及获取的数据更为精准。

技术研发人员：胡嘉英,杨涛,易海洋,董虎子,王辰,卓壮
受保护的技术使用者：华北科技学院（中国煤矿安全技术培训中心）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24