專利名稱：一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤系地層瓦斯抽放實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在高壓變頻電場作用下提高煤瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
山西地區(qū)有不少高瓦斯和突出礦井，這些礦井煤層滲透性較差，透氣性系數(shù)多小于O. ImVMPa2 · d，為較難抽采低滲透煤層?；诿簩油咚沟纳伞瓦\(yùn)移機(jī)理，對低滲透煤層進(jìn)行井下增透需要從兩方面考慮1)促使煤層瓦斯氣體解吸，使吸附在煤基質(zhì)孔裂隙內(nèi)表面的瓦斯氣體盡可能由吸附態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，提高瓦斯氣體的解吸能力；2)擴(kuò)大瓦斯氣體的運(yùn)移通道，使瓦斯氣體通過更多的孔裂隙滲透到抽放鉆孔。目前，提高瓦斯氣體解吸、滲透性的研究方法主要由兩 大類。一類為力學(xué)方法，具體為注水注氣驅(qū)替、高壓水力割縫、爆破致裂、煤層頂板抽放、開采保護(hù)層、卸壓開采抽放和鉆孔抽放等，這些方法對提高煤層瓦斯的解吸、滲透性很有效，且都是利用卸壓使低滲透煤體產(chǎn)生變形，解除應(yīng)力屏障，增大煤層瓦斯的解吸、滲透性，從而起到低滲透煤層井下增透作用；另一類為非力學(xué)方法，具體為外加電磁場、電場、溫度場、聲場和電化學(xué)等，這些方法現(xiàn)階段均為實(shí)驗(yàn)室研究，而且外加電磁場和電化學(xué)均是實(shí)驗(yàn)研究煤層瓦斯氣體的吸附、解吸性，外加電場均是實(shí)驗(yàn)研究煤層瓦斯氣體的滲透性，未見外加電場實(shí)驗(yàn)研究瓦斯氣體解吸性的相關(guān)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，在現(xiàn)有非力學(xué)方法實(shí)驗(yàn)研究瓦斯氣體吸附、解吸和滲透性的基礎(chǔ)上，提供一種在高壓變頻電場作用下提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下解決方案一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于它包含以下步驟
I、采集實(shí)驗(yàn)煤樣，稱取質(zhì)量為600 1000g，放入解吸罐內(nèi)；
II、連接由瓦斯氣瓶、耐壓輸氣管、閥門、儲氣罐、干燥劑、壓力傳感器、解吸罐、正電極、恒溫水箱、導(dǎo)線、高壓變頻電源、真空泵、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、橡膠管、量管和錐形瓶構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，高壓變頻電源正極連接正電極，高壓變頻電源負(fù)極連接解吸罐外殼，連接線為導(dǎo)線，解吸罐的一端連接閥門，連接線為耐壓輸氣管，另一端連接真空泵，連接線為橡膠管；
III、正電極為銅質(zhì)材料，尺寸為φ15X3mm，高壓陶瓷絕緣；高壓變頻電源輸出電壓為2kV 10 kV,頻率為 10 200Hz ；
IV、開啟閥門，對整個實(shí)驗(yàn)裝置抽真空；關(guān)閉閥門，連接量管和錐形瓶，連接線為橡膠管，量管和錐形瓶內(nèi)盛飽和NaCl水；打開瓦斯氣瓶，解吸罐在恒溫水箱中保持8h，恒溫水箱溫度為20°C 65°C，使解吸罐內(nèi)的瓦斯氣體吸附平衡；在O 4MPa范圍內(nèi)，將瓦斯氣體壓力分為7個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)采集瓦斯氣體壓力實(shí)驗(yàn)值，由量管和錐形瓶讀取該瓦斯氣體壓力下的瓦斯氣體解吸量。本發(fā)明一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，與現(xiàn)有的瓦斯氣體解吸實(shí)驗(yàn)方法相比較，具有以下突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的效果
1、本發(fā)明一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于是一種在高壓變頻電場作用下提高煤瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，該方法是在現(xiàn)有非力學(xué)方法提高煤瓦斯氣體吸附、解吸和滲透性實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，采用高壓變頻電場實(shí)驗(yàn)研究提高瓦斯氣體解吸性的方法；
2、本發(fā)明一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，高壓變頻電場使得煤的物化性質(zhì)發(fā)生變化，鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組和礦物質(zhì)等顯微組分重組，內(nèi)生裂隙更為發(fā)育，產(chǎn)生再生孔裂隙，游離態(tài)瓦斯氣體增多，解吸性增強(qiáng)；煤中的水份及溶解在水分子中的硅、鋁、氧等不同電荷離子在煤內(nèi)生、再生孔裂隙通道內(nèi)發(fā)生定向移動，陽離子向電場負(fù)極方向定向移動，陰離子向電場正極方向定向移動，離子的定向移動帶動吸附態(tài)瓦斯氣體分子定向移動，吸附態(tài)瓦斯氣 體增多，解吸性增強(qiáng)；
3、本發(fā)明一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，廣泛用于高瓦斯礦井、煤與瓦斯突出礦井提高煤瓦斯氣體抽放率和抽放效果等方面。


圖I、本發(fā)明提高瓦斯氣體解吸性實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖中1.瓦斯氣瓶；2.耐壓輸氣管；3.閥門；4.儲氣罐；5.干燥劑；6.壓力傳感器；7.解吸罐；8.正電極；9.實(shí)驗(yàn)煤樣；10.恒溫水箱；11.導(dǎo)線；12.高壓變頻電源；13.真空泵；14.數(shù)據(jù)采集卡；15.計算機(jī)；16.橡膠管；17.量管；18.錐形瓶；19.飽和NaCl水。圖2、基于本發(fā)明得到的在電壓為2kV、頻率為IOKHz和40KHz條件下實(shí)驗(yàn)煤樣的等溫解吸曲線。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例I :
在某高瓦斯礦井采集3#煤的試驗(yàn)煤樣，采用本發(fā)明方法對提高其瓦斯氣體的解吸性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，其步驟為
I、稱取制備好的3#煤實(shí)驗(yàn)煤樣9，質(zhì)量為600g，放入解吸罐7內(nèi)；
II、按照圖I連接實(shí)驗(yàn)裝置，其中，閥門3處于關(guān)閉狀態(tài)；高壓變頻電源12正極連接正電極8，高壓變頻電源12負(fù)極連接解吸罐7外殼，連接線為導(dǎo)線11 ;解吸罐7的一端連接閥門3，連接線為耐壓輸氣管2，另一端連接真空泵13，連接線為橡膠管16 ；
III、正電極8為銅質(zhì)材料，尺寸為Φ15 X 3mm，高壓陶瓷絕緣；高壓變頻電源12輸出電壓為2kV，頻率為10 Hz和40Hz ；
IV、開啟閥門3，對整個實(shí)驗(yàn)裝置抽真空；關(guān)閉閥門3，連接量管17和錐形瓶18，連接線為橡膠管16，量管17和錐形瓶18內(nèi)盛飽和NaCl水19 ;打開瓦斯氣瓶1，解吸罐7在溫度為20°C 65°C的恒溫水箱10中保持8h，使解吸罐7內(nèi)的瓦斯氣體吸附平衡；在O 4MPa范圍內(nèi)，將瓦斯氣體壓力分為7個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，由壓力傳感器6、數(shù)據(jù)采集卡14和計算機(jī)15采集瓦斯氣體壓力實(shí)驗(yàn)值，由量管17和錐形瓶18讀取該瓦斯氣體壓力下的瓦斯氣體解吸量。實(shí)驗(yàn)效果良好，與頻率為IOHz時的解吸量相比，頻率40Hz時解吸量平均提高5. 87%。實(shí)施例2 :在某高瓦斯礦井采集9#煤的試驗(yàn)煤樣，采用本發(fā)明方法對提高其瓦斯氣體的解吸性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，按照圖I連接實(shí)驗(yàn)裝置，高壓變頻電源12輸出電壓為O和2kV,頻率為O和40Hz。實(shí)驗(yàn)效果良好，與自然煤樣瓦斯氣體解吸量相比，頻率40Hz時解吸量平均提高11. 42%。其它同實(shí)施方式I。實(shí)施例3 :在某高瓦斯礦井采集2#煤的試驗(yàn)煤樣，采用本發(fā)明方法對提高其瓦斯氣體的解吸性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，按照圖I連接實(shí)驗(yàn)裝置，高壓變頻電源12輸出電壓為IkV和4kV，頻率為40Hz。實(shí)驗(yàn)效果良好，與輸出電壓為IkV時的解吸量相比，輸 出電壓為4kV時解吸量平均提高7. 13%。其它同實(shí)施方式I。
權(quán)利要求
1.一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于它包含以下步驟 1、采集實(shí)驗(yàn)煤樣，稱取質(zhì)量為600 1000g，放入解吸罐內(nèi)； II、連接由瓦斯氣瓶、耐壓輸氣管、閥門、儲氣罐、干燥齊U、壓力傳感器、解吸罐、正電極、恒溫水箱、導(dǎo)線、高壓變頻電源、真空泵、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、橡膠管、量管和錐形瓶構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)裝置，其中，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，高壓變頻電源正極連接正電極，高壓變頻電源負(fù)極連接解吸罐外殼，連接線為導(dǎo)線，解吸罐的一端連接閥門，連接線為耐壓輸氣管，另一端連接真空泵，連接線為橡膠管； III、高壓變頻電源輸出電壓為2kV 10kv，頻率為10 200Hz ； IV、開啟閥門，對整個實(shí)驗(yàn)裝置抽真空；關(guān)閉閥門，連接量管和錐形瓶，連接線為橡膠管，量管和錐形瓶內(nèi)盛飽和NaCl水；打開瓦斯氣瓶，解吸罐在溫度為20°C 65°C的恒溫水箱中保持8h，使解吸罐內(nèi)的瓦斯氣體吸附平衡；在O 4MPa范圍內(nèi)，將瓦斯氣體壓力分為7個實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，由壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)采集瓦斯氣體壓力實(shí)驗(yàn)值，由量管和錐形瓶讀取該瓦斯氣體壓力下的瓦斯氣體解吸量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于所述的正電極為銅質(zhì)材料，尺寸為Φ 15 X 3mm，高壓陶瓷絕緣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高瓦斯氣體解吸性的實(shí)驗(yàn)方法，其特征在于是在現(xiàn)有非力學(xué)方法實(shí)驗(yàn)研究瓦斯氣體吸附、解吸和滲透性的基礎(chǔ)上，采用由瓦斯氣瓶、耐壓輸氣管、閥門、儲氣罐、干燥劑、壓力傳感器、解吸罐、正電極、恒溫水箱、導(dǎo)線、高壓變頻電源、真空泵、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)、橡膠管、量管和錐形瓶構(gòu)成的實(shí)驗(yàn)裝置，將實(shí)驗(yàn)煤樣放入解吸罐內(nèi)，利用高壓變頻電場使得煤的物化性質(zhì)發(fā)生變化和煤中的水份及溶解在水分子中的不同電荷離子發(fā)生定向移動，從而游離態(tài)和吸附態(tài)瓦斯氣體增多，解吸性增強(qiáng)。本發(fā)明方法與自然煤樣瓦斯氣體解吸量相比，當(dāng)高壓變頻電源輸出電壓為2kV，頻率為40Hz時解吸量平均提高11.42%。
文檔編號G01N33/22GK102901801SQ20121037294
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者王東, 韓文梅, 李風(fēng)珍, 賈存華 申請人:山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究有限公司, 中北大學(xué)