DGC型瓦斯含量直接测定装置技术原理组成及操作方法(培训版).

重庆煤科院瓦斯分院DGC型瓦斯含量直接测定装置技术原理、组成及操作方法交流内容内容注意事项操作方法DGC组成前言技术原理1前言技术来源DGC型瓦斯含量直接测定装置是我国“十五”、“十一五”等系列科技攻关成果，由煤炭科学研究总院重庆研究院研制并具有完全自主知识产权。经鉴定达到了国际领先水平，申请专利5项，制定行业标准1项、国家标准1项。瓦斯含量定义在自然条件下（一般指标准状况下），单位质量或单位体积煤体中所含有的瓦斯量，单位为m³/t或m³/m³。简介DGC型瓦斯含量直接测定装置是用于煤层瓦斯含量、可解吸瓦斯含量测定的成套实验装备，分为井下部分和地面部分，地面需建立专门的实验室。用途直接、准确测定煤层瓦斯含量，用于矿井采掘部署、开拓延伸设计、煤层瓦斯赋存规律研究、瓦斯涌出量预测、瓦斯抽采效果评价、煤层气资源评价、突出危险性区域预测及区域验证等方面。依据由煤炭科学研究总院重庆研究院和沈阳研究院共同制定的国家标准《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》（GB/T23250-2009）。22技术原理直接法煤层瓦斯压力煤层瓦斯含量间接法2间接法直接法现场井下直接测定煤层瓦斯压力、取煤样（全层样）实验室测定煤的吸附常数、工业分析等指标，根据朗格缪尔方程进行瓦斯含量的计算。通过测定或推算一定质量的煤芯（井下定点采取）在有限时间内所解吸出的所有瓦斯在标况下的体积，可得到单位质量煤芯所解吸出的瓦斯含量，即为煤层瓦斯含量。直接法优点：克服了间接法测定费时、工程量大、受地质条件限制等缺陷，可大量布置测定，测定速度快、准确度高（技术方法本身。大量布点控制）。粉碎前自然解吸瓦斯量（W2）常压吸附瓦斯量（Wc）DGC装置技术原理常压下不可解，对突出没有贡献，也无法抽采利用。瓦斯含量直接法测定准确性的关键。损失瓦斯含量（W1）包含井下常压解吸量（W21）和地面常压解吸量W22）粉碎自然解吸瓦斯量（W3）采用粉碎方式加速瓦斯解吸DGC装置测定技术工艺损失瓦斯含量（W1）：测定煤样初始解吸速度、损失时间，采用瓦斯解吸模型推算得到。粉碎前自然解吸瓦斯量（W2）：常压下井下解吸仪测定井下解吸量（W21）和地面解吸仪测定解吸量（W22）。粉碎自然解吸瓦斯量（W3）：采用粉碎机粉碎煤样加速瓦斯解吸，用地面解吸仪测定在粉碎过程瓦斯解吸量（W3）。常压吸附瓦斯量（Wc）：采用a、b吸附常数、工业分析等指标应用朗格缪尔方程进行计算。关键技术推算模型定点取芯取芯时间、深度取芯质量完整保质解吸规律五类模型取样方式、取样损失时间与煤样保质间的关系：取样粒径较大（如采用取芯管取样），瓦斯解吸速度慢，可允许取样时间（损失时间）较长；若取样粒径较小（如采用压风引射装置取样），瓦斯解吸速度快，则要求取样时间（损失时间）要小。这两种方式满足取样要求。3DGC装置组成DGC装置井下取芯系统井下解吸系统地面瓦斯解吸系统称重系统粉碎解吸系统水分测定系统数据处理系统本套设备的安装主要为地面实验室的建设，地面实验室需要面积为20m2左右的地面平房，内部需经过简单装修，配有空调或暖气、水池、两个高度为0.8m和一个高度为0.4m的铁质或固定试验平台。配备220V和380V电源。因粉碎机工作过程产生一定的噪音，实验室应远离生活区或办公区。实验室设备位置关系如下图所示。1、图中尺寸单位为mm；2、该图为实验设备关系位置图；3、铺胶皮的地面指的是直接在地面铺设胶皮以减少震动和噪音；4、实验台高度除特别注明外均为600mm，实验台宽度也可为600mm；5、实验室应配备足够多的220和380电源插座和多功能插线板；6、里面所提到的桌子均为普通办公桌，实木桌子指结识耐用的普通桌子；防突实验室布置平面示意图排气扇排气扇走廊¦¤P、煤的坚固性系数等实验室220电源220/380电源220电源380电源工业分析实验台MJC实验台办公桌办公椅¦¤实验台水槽空调铺胶皮的地面（放置粉碎机）380电源220电源380电源空调220电源DGC实验室铺设铁皮的桌子（铁皮厚度不小于5mm）办公桌及数据处理系统工具柜文件柜水槽实验台（放置称重系统、水分测定系统等）解吸实验台（高度为400mm）220/380电源220电源220电源实验台（放置解吸实验柜、恒温水浴、恒温水槽、脱气箱、热偶真空计）380电源铺胶皮的地面（放置脱气系统）门门HCA实验室防盗门门排气扇排气扇办公椅办公桌实验台（放置小型真空泵、真空干燥箱、干燥塔、干燥器等）文件柜工具柜空调水槽高压气瓶实木桌（放置充气系统及固定底座）办公桌（放置数据采集及处理系统）DGC实验室设备布置及位置关系图4DGC装置使用操作方法DGC装置使用流程图井下取煤芯煤壁上刻槽法采取煤样井下测定30min煤芯瓦斯解吸量W21地面测定煤芯瓦斯解吸量W22煤芯秤重、选取二次粉碎煤样损失瓦斯含量W1水力排渣取样时推算粉碎前自然解吸瓦斯量W2可解吸瓦斯含量Wm煤芯水分测定修正煤层瓦斯含量W常压吸附瓦斯量Wc测定粉碎自然解吸瓦斯量W3瓦斯含量测定过程煤样状态取样过各程时刻煤样解吸时间t常压吸附瓦斯含量Wc粉碎解吸瓦斯含量W3二次煤样粉碎煤样总重G及二次煤样G1、G2称量粉碎前自然解吸瓦斯含量W2地面解吸瓦斯含量W22地面实验室常压解吸井下及时进行30min解吸关闭煤样筒阀门升井井下解吸瓦斯含量W21损失瓦斯含量W1煤样封入密封装置煤样完全暴露解吸时间t3取样过程煤样解吸时间t2孔底暴露煤样解吸时间t1煤样完全暴露于空气中封入煤样筒后开始解吸时刻取样取满结束取样时刻取芯管送入孔底钻进开始取样时刻煤样逐渐剥落并暴露煤样处于原始赋存状态未解吸孔底煤样开始暴露钻孔开孔到预定深度时刻瓦斯含量测定时序图DGC装置4.1井下取芯及解吸系统一、设备组成：取芯管、引射取样装置、井下解吸仪、大气压力表、工具、秒表、机械表等。二、下井前的准备工作取样装置与钻机配套性取样设备及工具设备清点操作人员和打钻人员安排相关记录表格准备三、井下准备工作井下解吸仪充工作液及检漏煤样筒盖子及阀门开启准备等井下装置四、定点取样定点取样装备压风引射取样取芯管取样（1）取芯管取样装置钻机配套性：与φ50钻杆配套，仅提供取芯管。使用方法：采用大于取芯管外径的钻头预开孔到取样位置，退出钻杆换装取芯管到孔底后钻进取样；在取样过程中需记录钻机钻进到预定深度时停钻时间、取芯开始时间、取芯结束时间和开始解吸时间，用于损失时间t计算。使用条件及优缺点：上向孔，深度不大于50m的较硬煤层。取样过程一定要采用压风或水进行排渣、冷却，不然煤样会因温度过高而变质。单层取芯管双层取芯管外形(2)压风引射连续定点取样装置连续定点取芯装置原理示意图与钻井配套性：与使用φ50钻杆的液压钻机配套。使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压吹风疏通。使用条件及优缺点：压缩空气压力0.5MPa时，水平钻孔取样深度不小于40m、大于15°仰角钻孔取样深度不小于60m、15°俯角钻孔取样深度不小于20m。连续定点取芯装置五、煤样封装及井下解吸（1）煤样采取出来后选取粒径较大、保质性好煤块快速装入煤样筒；（2）读取初值后快速与井下解吸仪连接开始解吸，然后每分钟记录一次读数，直至30min后解吸结束，关闭煤样筒阀门，井下解吸量为W21；换水情况。（3）将解吸结束后的煤样筒浸入水桶中检测气密性。（4）上述解吸速度、损失时间t结合解吸模型可进行损失瓦斯含量W1计算。六、多组煤样的采取与解吸七、井下需记录内容取芯时间、取芯位置、取芯人员、钻孔信息、煤样粒度大小描述（五类）。八、注意事项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；多个煤样筒升井及运输时避免相互碰撞而导致阀门松动漏气。九、该操作系统中可能存在的问题（1）井下解吸量少时可提前结束，不必解吸30min；（2）对解吸速度较快煤样，后段解吸数据不可用于损失量推算；（3）当环境温度小于煤层温度时存在倒吸现象；（4）两种取样装置均存在取样一定的局限性。4.2地面解吸系统地面解吸系统建立在地面实验室内，包括地面瓦斯解吸仪、煤样筒、工具等。来样登记解吸前准备工作解吸玻璃管充工作液（饱和食盐水或自来水），进行气密性检测。实验室常压解吸读取初值，将解吸玻璃管与煤样筒连接，开启阀门开始解吸，当解吸到解吸量小于5ml/min时解吸结束，地面常压解吸量为W22，立即进入下一流程；换水情况。W21与W22之和则为粉碎前常压瓦斯解吸量W2。多组煤样的解吸注意事项（工作液、防治吸入真空泵、初值问题、气密性检验、换水问题、手柄操作、倒吸现象）4.3称重系统用于煤样总重量（G）称量称量系统包括电子天平、大煤样盆、小煤样盆、煤样勺等选取与整体煤样粒径像似煤样150g左右作为粉碎二次煤样（G1、G2）称量，二次煤样粒径应小于26mm注意事项（去皮、去除矸石等）电子天平4.4煤样粉碎解吸系统用途：粉碎二次煤样，加速解吸粉碎系统包括振动台、料钵、冲击块和工具常压粉碎解吸（1）将地面解吸仪解吸玻璃管（1000ml组）充工作液并检测气密性；（2）将二次煤样及时倒入粉碎机料钵压紧后与地面解吸仪连接；（3）读取初值开启粉碎，粉碎至2min左右或解吸量较少时结束粉碎，读取终值，则粉碎瓦斯解吸含量为W3；（4）连续粉碎多个煤样时应对料钵进行降温处理；（5）单次解吸超过量管量程时应换水。煤样保存制样粉碎机4.5水分测定系统用途：采用水力排渣时煤样被水打湿，质量增加，采用水分测定仪对混入水分进行校正取样当采用水力排渣时，应在钻孔附近煤壁采用刻槽法采取煤样100g左右用于煤样原始水分测定。注意事项（精密仪器、加热时间不宜太长、易损件、不清晰等）水分快速测定仪粉碎前常压解吸瓦斯含量W2：标况下单位质量煤样井下瓦斯解吸量W21与标况下单位质量煤样实验室瓦斯解吸量W22）之和粉碎解吸瓦斯量W3：标况下单位质量煤样粉碎解吸瓦斯量常压吸附瓦斯量Wc：瓦斯压力为0.1Mpa时采用朗格缪尔方程计算得到可解吸瓦斯含量：W可=W1+W2+W3瓦斯含量：W=Wc+W可4.6数据处理及计算系统W1详细计算过程：设损失时间为t0，4min时开始解吸，损失瓦斯含量为W1，5min时解吸量为Q1、6min时解吸量为Q2、7min时解吸量为Q3、……、34min时解吸量为Q30则：Q1+W1=a(1+t0)iQ2+W1=a(2+t0)iQ3+W1=a(3+t0)i…………Q30+W1=a(30+t0)i30个方程进行未知参数的拟合，进而得到损失瓦斯量W1。自主开发了DGC瓦斯含量计算软件，采用硬件加密。计算方便、准确。5注意事项产品组件中包含易损件，如玻璃管、密封圈、水分测定仪的电珠等，操作过程要细心；取样要严格按照相关规定来取，并且所取煤样保证是新鲜煤样设计体积测定的步骤，一定要事前进行气密性检验，且要测定环境温度和大气压力；粉碎机料钵使用寿命有限，当损坏时要及时更换。祝大家身体健康工作顺利!