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实验指导书瓦斯含量 实验项目煤层瓦斯含量测定 一、实验目的测定煤层瓦斯含量（W）及可解吸瓦斯含量（Wm）。 二、实验原理与实验仪器1.实验原理该测定装置将煤层瓦斯含量分为瓦斯损失量W 1、常压瓦斯解吸量W 2、粉碎瓦斯解吸量W3和常压残存量Wc。 通过向煤层施工取芯钻孔，用井下取芯系统将煤芯从煤层深部取出，及时封入煤样筒中；井下进行煤样瓦斯解吸速度测定以及损失时间的记录，利用公式ati进行瓦斯损失量W1的计算；把装有煤样的煤样筒带到实验室进行常压解吸，测量从煤样筒中释放出的瓦斯量W21,与井下测量的瓦斯解吸量W22计算煤芯瓦斯解吸量W2；称量煤样总重后称取二次煤样进行常压粉碎解吸，并以此计算粉碎瓦斯解吸量W3；则可解吸瓦斯含量Wm为WmW1W2W3。 采用朗格缪尔公式计算常压残存量Wc，则可得出煤层瓦斯含量W=Wm+Wc。 2实验仪器实验仪器采用DGC型瓦斯含量直接测定装置，该仪器是一套实验室结合井下使用的成套测定设备。 由井下测定装置和地面测定装置组成，分为井下取芯与井下解吸系统、地面瓦斯解吸系统、称重系统、煤样粉碎解吸系统、水分测定系统和数据处理系统，是目前精度最高、速度最快的煤层瓦斯含量（W）及可解吸瓦斯含量（Wm）测定设备，属国家“十五”等多项科技攻关研发的国内独有专利技术，获得xx年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖。 该装置具有测定工程量小、操作简单、维护量小、使用安全等特点。 产品性能适用条件工作环境温度（）538；工作相对湿度（）95；大气压力（kPa）75134；在无破坏金属绝缘和无干扰气体的环境中；取芯管适用于煤质较硬且有一定角度上向孔的煤层；ZCY-型钻孔引射取样装置适用于松软煤层，水平孔、上向孔或角度小于30的下向孔。 主要技术指标测定时间30m；取芯钻孔倾角12；配套性与50钻杆（重庆煤科院生产）相配套ZCY-型钻孔引射取样装置钻杆直径50；取样深度下向孔不小于20m，上向孔不小于60m；取样钻孔倾角水平孔、上向孔、小于30的下向孔井下解吸系统井下解吸管量程800ml；井下解吸管精度2ml地面瓦斯解吸系统电源220V；解吸管精度5ml；解吸管有效量程2000ml/组、3000ml/组；微型真空泵抽气速率3L/min；温度计(-50050)？；空盒气压表750hPa1340hPa（三种量程，根据当地大气压选用合适的量程）。 称重系统最大称量2000g；灵敏度0.1g；电源电压220v。 煤样粉碎解吸系统装料粒径26mm；出料粒径(80-200)目；工作电源380V，50HZ；一次装料量1000g/钵；粉碎时间(3-5)min；电机功率1.5kW水分测定系统最大荷载10g；分度值5mg；微分标尺读数范围(01)g水分测定准确度0.2g。 数据处理系统软件运行环境本软件运行系统为windows XP、vista系统，officexx版本；软件主要功能用户管理、瓦斯含量W值计算、常压吸附量Wc计算、瓦斯压力换算、输出报表、重新计算和帮助。 测定流程图如下图所示修正煤芯瓦斯解吸量W2瓦斯损失量W1推算取气地面进行气样分析煤芯秤重、选取粉碎煤样可解吸瓦斯含量Wm煤芯水分测定粉碎瓦斯解吸量W3地面测定煤芯瓦斯解吸量W22井下测定30min煤芯瓦斯解吸量W21井下取煤芯常压残存量Wc煤层瓦斯含量W 三、操作步骤1.下井测试前准备工作。 井下取芯系统除打钻工人外要配备至少2名人员，1人操作1人记录；取芯系统主要为取芯管和井下解吸系统操作规程中的仪器及物品，下井前要进行清点以防遗漏。 需将充气后的密封装置浸入清水中检查气密性。 钻机及钻杆配套性取芯方式分为巷帮取样和迎头走向取样。 采用取芯管取样时取芯管包括单层取芯管、双层采煤管和改进型双层三种型号；根据取芯管尺寸先施工预定深度的钻孔，钻孔直径由取芯管外径确定，如采用普通取芯管（外径73mm）可施工直径为90mm的钻孔；采用双层采煤管与改进型双层取芯管（外径89mm）可施工直径为108mm的钻孔，可用于顺煤层和穿层取样。 采用ZCY-型钻孔引射取样装置时选择相配套钻机和钻头进行，该取样方式仅用于顺煤层取样。 2.井下准备工作。 到达取芯目的地后在钻机调整或开孔过程中要准备好井下解吸系统，在煤样取出前做好以下的准备工作首先将井下解吸仪底塞打开灌水至适当刻度（“0”刻度或以下附近），放入密封垫圈后拧紧底塞。 在井下解吸仪灌水过程务必注意防止密封垫圈丢失；灌水时要底座口朝上，待灌水完毕并上紧底塞（手持底座进行底塞的旋紧）后要立即倒置井下解吸仪，使底座朝下并观察井下解吸仪内液面是否下降，若无下降则密封良好，若液面下降则检查底塞是否加密封垫圈以及旋紧底塞。 解吸仪灌水完毕将其悬挂并检漏后，用乳胶管一端连接解吸仪进气嘴（长度较长的气嘴），出液嘴（长度较短气嘴）待煤样筒装入煤样后连接煤样筒出气嘴，读取液面初值并记录。 打开煤样筒盖，准备煤样的装入；打开煤样筒盖上阀门检查出气嘴是否有堵塞现象，并将煤样筒阀门始终处于开启状态，与“O”型密封圈一起放置一旁以便随时取用。 打开矿用大气压力表盖让其暴露在空气中，待读数稳定后读取大气压力(KPa)和温度计读数()。 井下解吸装置连接如下图1764532810070080050150650750203.取芯管取样。 取芯钻孔先用开孔钻头施工，采用湿式钻进；当钻进到预定深度后退出钻杆换用取芯管进行取芯；取芯过程水（风）量大小可根据煤层软硬情况进行调整。 取芯管送达孔底后，调整钻进参数，进行取样钻进，同时用秒表记录起钻时间；钻进至取芯管装满为止，记录钻进结果时间；快速退出取芯管，将所取煤样进行适当分选，装进煤样筒，并用秒表记录煤样筒密封时间，取样工作结束；之后进行下一轮取芯作业。 仔细做好以下记录取芯时间、取芯位置、取芯位置埋深、取芯人员、钻机及钻头型号、开孔时间及位置、开孔高度、开孔倾角及方位角、煤样粒度大小、煤层厚度、取芯深度、钻机钻进到预定深度时停钻时间、取芯开始时间、取芯结束时间、钻杆退出钻孔时间和开始解吸时间。 4.煤样封装及井下解吸。 煤样取出后快速封入煤样筒，封入煤样筒煤样选取粒径较大且质量大于500g，然后将煤样筒出气嘴用乳胶管与井下解吸仪连接。 煤样筒与井下解吸仪连接前准确读初值，井下解吸仪液面（凹液面）刻度并作记录作为初始刻度，连接瞬间待气体涌出后迅速读取液面刻度作为0min刻度并打开秒表计时。 然后每一分钟读取液面刻度一次，直至30min结束。 若解吸过程中解吸瓦斯体积达到井下解吸仪最大量程85%时，关闭煤样筒阀门重新给井下解吸仪灌水后再开启煤样筒阀门按照操作步骤继续解吸，并将换水时间内的累加解吸量平均分配到换水时间上；井下解吸瓦斯量数据用以推算瓦斯损失量W1；井下解吸结束后解吸仪读数终值与初始刻度读数之差即为井下瓦斯解吸量W21。 所读读数务必做好记录填入相应已准备的表格。 解吸完毕后关闭煤样筒阀门，并放入清水中进行煤样筒气密性检测，若出现漏气现象则该样作废，若无漏气现象则放置一旁，待升井时一同带入实验室。 5.地面解吸前准备工作。 地面解吸装置包括两组解吸玻璃管（详见4.1），并配有甲基橙（指示剂）的工作液；将煤样筒出气嘴连接到地面瓦斯解吸测量管（1500ml/根）上，开启地面解吸装置背光灯管，操作玻璃管操作手柄到吸水排气档，按动真空泵启动按钮进行排气吸水，当液面到达适当位置（根据瓦斯解吸量确定）时停止，调节解吸管操作手柄到隔绝真空泵连通状态，使解吸管处于密封状态。 解吸管密封性检测在打开煤样筒阀门解吸开始前观察液面下降情况，若在1min内玻璃量管内液面无下降则气密性良好，若存在要及时排除方可进行瓦斯解吸。 6.实验室常压解吸。 在确认调试完好后，缓慢打开煤样筒阀门，隔一定时间间隔读取一次瓦斯的解吸量，时间间隔的长短取决于解吸速度；并注意观察解吸累计量的变化规律，发现异常及时处理，或报废。 当单根解吸玻璃管内液面低于1300ml时，关闭煤样筒阀门进行换水，并重复上述操作步骤，直至一分钟内瓦斯泻出量少于5ml时结束（约40min）。 记录周围环境的温度、大气压力及测试人员等。 测量结束后，记录释放出的瓦斯量W22，W22与井下瓦斯解吸量W21之和换算为标况下单位质量瓦斯体积即为常压解吸瓦斯含量W2；解吸完毕后转入煤样称重操作系统。 7.煤样总量称重及粉碎煤样称重。 将常压解吸结束后的煤样从煤样筒倒入大煤样盆，将矸石等非煤物质剔除后进行煤样总重G称量，并做好相关记录。 从煤样盆中取两份相等量的二次煤样，记录二次煤样重量G2，煤样的质量一般取100200g，选择整芯或较大块的煤样，确保二次煤样和全煤样有相同的特性。 两份二次煤样测试结果相差30%以上，则再取第三份二次煤样。 若煤样粒度较大（粒径大于26mm），则用铁锤在破碎试验台上粉碎到较小颗粒(最大粒度不超过26mm)，测量每份二次煤样的质量G2后，逐份将煤样装入粉碎机料钵中粉碎解吸。 8.常压粉碎解吸。 连接解吸玻璃量管（1000ml/根），其操作与地面解吸系统中解吸玻璃量管操作相同，检查气路部分的气密性，保证气路系统和料钵、盖三者之间不漏气。 解吸玻璃量管气密性按照4.3.2.3中检测。 粉碎机料钵气密性检测料钵卡紧后将气嘴与图1中解吸玻璃管气嘴1连接，将解吸玻璃管充水后处于工作状态，将解吸玻璃管气嘴1处于进气放水状态，待量管稳定后若1min内液面下降小于10ml则气密性良好。 将称量好的二次煤样放入料钵内，盖好带有密封圈的盖子，并压紧密封严实。 将粉碎机定时器定时为35min，运行时观测两份粉碎煤样的解吸瓦斯量体积W31或W32，当单根解吸玻璃管内液面低于850ml时要重新排气吸水后继续测定。 若两份同质量的煤样瓦斯解吸量W31和W32相差小于30%，则取其平均值作为粉碎解吸瓦斯含量W3并作记录；若二者相差大于30%，则要重新称取第三份二次煤样进行粉碎。 煤粒在粉碎机粉碎35min左右，待粉碎至1min中瓦斯解吸量小于10ml时为止。 粉碎结束后，将料钵内煤样倒出并用棉花将料钵和滑块擦拭干净，重复上述步骤进行另一份煤样的粉碎，直至全部煤样粉碎结束。 9.煤样的保存、水分测定、气样采集将未粉碎煤样、粉碎后的两次煤样分别装入煤样袋，并填写标签一同放入煤样袋保存；标签所填内容包括取芯时间、取芯地点、取芯深度、煤样总重、粉碎二次煤样重量及其粉碎解吸量等。 水分测定利用快速水分测定仪测定。 若煤样在实验室内瓦斯解吸量大，可在煤样地面解吸装置中解吸完毕后，将气样袋连接到与解吸管相连的真空泵出气口，启动真空泵进行抽气将瓦斯和空气的混合气体排入气样袋（两袋）；当煤样在实验室内的解吸量不大时，由于解吸管内混入的空气量过大，对气体成分分析影响严重，应进行井下取样。 在井下不同取芯钻孔内取气，将取气管用黄泥封入孔内，先应用手泵将气样袋排空，然后用手泵连接取气管和气样袋，进行手动取气；若孔内瓦斯量较大可不用手泵抽取，直接连接取气管和气样袋后进行取气。 四、数据处理数据处理采用“瓦斯含量直接测定系统”软件进行处理。 （1）软件的安装本处理软件为免安装版，双击运算主程序即可进入数据处理界面。 （2）软件主要功能用户管理、Q值计算、输出报表、重新计算和帮助。 （3）数据计算进入Q值计算数据输入界面，按照之前所记录数据把两个附表的实验记录表格数据填入计算程序并进行点击计算。 数据输入完毕并进行计算结束后，点击“输出报表”菜单，则自动生成Excel格式的数据处理信息。 对照记录数据确认无误后，计算结束，做好数据保存工作。 （4）注意事项煤的破坏类型根据所取煤样的块度棒状、大块、大小块、碎块和粉状分别对应选择、和；表中所填井下30min内的瓦斯解吸量为累加解吸量。 五、实验注意事项1.尽可能地减少取样时间；如实反映打钻过程中的喷孔、顶钻、排粉等情况；本次井下解吸系统操作过程中一定要注意煤样筒的气密性和井下解吸仪的防漏水性；煤样筒在升井到达实验室直至实验室解吸开始过程中一定确保阀门处于关闭状态；正确使用每个仪器，防止仪器损坏或丢失。 2.切勿长时间粉碎！二次煤样应及时粉碎；粉碎机要采取固定和减震措施；操作过程要防止碰撞，避免设备损坏。 六、实验注意事项1.煤样残存瓦斯含量的测试及计算方法？2.取样漏失瓦斯量的推算方法？附录1井下采样及煤样中气体解吸速度测定记录井下采样记录煤样编号采样日期年月日采样地点煤芯管规格采样罐号采样深度m进尺m煤芯长度m开始退钻时间日时分开始取芯时间日时分取芯结束时间日时分开始解吸时间日时分煤样中气体解吸速度测定记录累计观测时间T5min量管读数V mL累计观测时间T5min量管读数V mL累计观测时间T5min量管读数V mL111212122231323414245152561626717278182891929102030大气压力(P1)kPa水温(t1)采样地点地质概况煤芯描述审核采样人员测试人员附录2实验室测定记录表煤样编号测定日期年月日采样地点大气压力(P1)kPa水温(t1)Q22测定记录煤样重量g量管读数mL起止Q3测定记录煤样第一份煤样第二份煤样粉碎时间起止起止测定备注量管读数mL起止起止煤样重量g水分测定记录第一份煤样Mad1第二份煤样Mad2气体成分分析气体成分浓度煤层气体成分浓度O2N2N2CO2CO2CH4CH4