煤层残存瓦斯含量测定装置改进研究

齐黎明，梁 为，张旭锟，赵 嵘

(1. 河北省矿井灾害防治重点实验室，河北 廊坊 065201；

煤层残存瓦斯含量测定装置改进研究

齐黎明1，2，梁 为3，张旭锟2，赵 嵘2

(1. 河北省矿井灾害防治重点实验室，河北 廊坊 065201；

2. 华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊 101601；

3. 华北科技学院 机电工程系，北京 东燕郊 101601)

残存瓦斯含量是煤层瓦斯含量的重要组成部分，它的准确、高效测定有助于提升煤层瓦斯含量测定技术水平。真空脱气系统和煤样破碎系统是残存瓦斯含量测定装置的重要组成部分，因此，有必要对它们进行改进。本研究首先对这两个装置进行了技术改进，并与传统装置开展了对比性实验；然后，对实验数据进行了分析，得出了相应的分布曲线图。研究结果显示，经过技术改进，真空脱气系统的密封性能更加可靠，煤样破碎系的粉碎效率得到有效提升，并且，它的最佳转速为145～165 r/min。

粉碎系统；真空脱气系统；瓦斯含量

0 引言

煤层瓦斯含量指单位重量的煤中所含有的瓦斯量，它是煤与瓦斯突出危险性预测、煤层瓦斯储量计算及煤层瓦斯可抽采性评价等瓦斯治理工作的基础参数之一[1-6]。目前，瓦斯含量测定方法主要有间接法和直接法两种，在实际煤层瓦斯含量测定中，多数采用直接法[7-11]。

直接法通过钻孔取煤芯，测定和计算采样过程的损失瓦斯量、解吸瓦斯量和残存瓦斯量，这三部分之和为煤层原始瓦斯含量。残存瓦斯量通常在实验室测定，根据脱气系统的压力，可分为真空脱气法和常压自然解吸法[12]，我国现行的煤层残存瓦斯含量测定装置主要为中煤科工集团沈阳研究院研制的FH-5残存瓦斯含量测定装置和重庆研究院研制的DGC型瓦斯含量直接测定装置；前者是真空脱气解吸，后者是在常压下解吸。在常压解吸条件下，常压下未解吸出来的残存瓦斯含量仍然需要采用公式推算，因此，真空脱气解吸测定残存瓦斯含量相对准确；但是，笔者在使用FH-5残存瓦斯含量测定装置时，发现其真空脱气系统和粉碎系统有待改进。为此，本研究以真空脱气法残存瓦斯含量测定装置改进为研究对象，针对真空脱气系统和煤样破碎系统的改进进行研究。

1 真空脱气系统的改进

1.1 真空脱气系统改进方案

本研究主要从以下四个方面对传统真空脱气系统进行了改进：将绝大部分旋塞改成电磁阀，并集中进行控制；增加了新的冷却循环系统；采用主动式打气来迫使水位上升，从而排挤气体；增加了水位测量管。改进后的真空脱气系统如图1所示。

图1 真空脱气系统实物图

1.2 真空脱气系统密封效果实验分析

对于脱气系统来说，影响瓦斯含量测定结果可靠性的最重要因素是系统的密封性，为考察新脱气系统在这方面优势，特进行了对比实验。实验方案是考察新旧两套系统抽完真空后，水银柱的变化，也就是水银柱两侧的高差，这个数据直接反应了真空系统的真空度，也就是脱气系统的密封性能；很明显，数据越大，真空度越差，系统的密封性能越差，最终的瓦斯含量测定结果误差越大。具体测定结果如图2所示。

由图2可知，与传统脱气系统相比，在相同的时间内，新型脱气系统的水银柱之差大幅度下降，这表明该系统的气体泄漏量相对较少，其密封性能更加可靠，瓦斯含量测定结果更加准确。

2 煤样破碎系统的改进

2.1 煤样破碎系统改进方案

改进的煤样破碎系统实验装置采用电机直接带动轴承使煤样罐转动。电机采用无级调速，便于粉碎不同煤块时，寻找最佳转速；煤样罐与球磨机采用柔性连接方式，减小球磨机工作时的噪声；改进煤样罐的装夹结构，实现煤样罐的快速装夹；采用减震底座，提高设备工作时的稳定性。改进后的煤样粉碎系统实验装置如图3所示。

2.2 煤样破碎系统粉碎效果实验分析

现场采取新鲜煤样(坚固性系数约为0.6)，破碎后(直径小于24 mm)，每次称取250 g；装入煤样罐中，分别采用传统破碎系统和改进后的破碎系统进行实验，测定不同破碎时间下的煤样重量(直径小于0.25 mm)，直至煤样超过总量的80%。对于改进后的煤样破碎系统，通过调解转速，可测定出不同转速下的煤样粉碎比例。煤样被改进后的破碎系统粉碎前后的形状如图4所示，由图可知，在该实验系统的运转下，煤样得到有效粉碎。

将实验数据进行归纳处理，可得出传统破碎系统和改进破碎系统在不同时间下的煤样粉碎比例分布曲线，具体如图5所示。

由图5可知，改进后的煤样破碎系统将煤样(直径小于24 mm)破碎到80%的煤样直径达到0.25 mm的时间为50～70 min；而传统煤样破碎系统达到同等功效需要约140 min，因此，该技术装置的改进大大提升了它的煤样粉碎效率；并且，当转速为155±10 r/min时，用时最小，效率最高。

图2 新旧脱气系统密封效果对比实验数据曲线

图3 煤样破碎系统实验装置图

图4 粉碎前后的煤样实物图

图5 煤样粉碎比例分布曲线图

3 结论

(1)与传统真空脱气系统相比，改进后的真空脱气系统密封性能更加可靠，可有效提升瓦斯含量测定结果的准确性。

(2)与传统煤样破碎系统相比，改进后的煤样破碎系统既解决了它存在的不足(体积大，噪音和能耗较高)，又可有效提升煤样粉碎效率，缩短瓦斯含量测定时间。

(3)煤样破碎实验结果显示，当煤样粒度小于24mm时，该系统的最佳转速为145～165r/min。

[1] QI Li-ming，WANG Yi-bo，SONG Xiao-yan. Study on the Coal Gas Pressure Dynamic Distribution Law in the Front of Tunneling Place [J]. JOURNAL OF THE SOUTHERN AFERICAN INSTITUTE OF MINING AND METALLURGY, 2007, 107(7)：431-433.

[2] 胡千庭，邹银辉，文光才，等. 瓦斯含量法预测突出危险新技术[J] . 煤炭学报，2007，32(3)：276-280.

[3] 齐黎明，陈学习，程五一，等. 新型煤层瓦斯含量准确测定方法研究[J], 采矿与安全工程学报, 2010,27(1):111-115.

[4] 仇海生，张保泉. 利用煤钻屑瓦斯解吸指标法测定煤层瓦斯含量[J] . 煤矿安全，2007，38(7)：18-20.

[5] 张铁岗. 矿井瓦斯综合治理技术[M]. 北京：煤炭工业出版社，2001：23-29.

[6] 林柏泉. 矿井瓦斯防治理论与技术[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，1998：6-17.

[7] 俞启香. 矿井瓦斯防治[M]. 徐州：中国矿业大学出版社，1992：211-223.

[8] 邹银辉, 吕贵春，张庆华. 瓦斯含量法预测突出危险性的试验研究[J] . 矿业安全与环保，2007，34(4)：4-6.

[9] 王耀锋. 煤层原始瓦斯含量测定方法及误差影响因素研究[D]. 阜新：辽宁工程技术大学，2005.

[10] 邹银辉, 张庆华. 我国煤矿井下煤层瓦斯含量直接测定法的技术进展[J]. 矿业安全与环保,2009,36(增刊)：180-182.

[11] 贾晓亮, 崔洪庆. 煤层瓦斯含量测定方法及误差分析[J]. 煤矿开采，2009，14(2)：91-93

[12] 国家安全生产监督管理总局．煤层瓦斯含量井下直接测定方法(AQ 1066-2008)[S]．北京煤炭工业出版社，2008．

Research on Measuring Devices Improvement about Coal Seam Residual Gas Content

QI Li-ming1,2, LIANG Wei3, ZHANG Xu-kun2, ZHAO Rong2

(1.KeyLabofMineDisasterPrevention&ControlinHebeiProvince,Langfang，065201，China;2.SchoolofSafetyEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao,101601，China;3.DepartmentofMechanicalEngineering,NorthChinaInstituteofScienceandTechnology,Yanjiao,101601，China)

Residual gas content is an important part of the coal seam gas content, it's accurate and efficient determination helps to improve the level of coal seam gas content measurement techniques. Vacuum degassing system and coal crushing system are important parts of the measuring device of thecoal seam residual gascontent,and therefore, it is necessary to improve theirsperformance. In this study, these two devices were technical improved firstly, and carried out a comparison experiment with the traditional means; and then, the experiment data were analyzed, and thecorresponding distribution curve were obtained. The results show that, after technical improvements, the sealing performance of the vacuum degassing system is more reliable, the grinding efficiency of the coal crushing system has been effectively improved, and, its optimum speed is 145～165r/min.

crushing system；vacuum degassing system；gas content

2016-01-08

国家自然科学基金资助(51204070)；河北省高层次人才资助项目(博士后科研项目择优资助，B2013003021)；河北省矿井灾害防治重点实验室开放基金资助(KJZH2013K09)

齐黎明(1979-)，男，安徽安庆人，华北科技学院安全工程学院博士后，副教授，从事矿山安全方面的教学科研工作.E-mail:qlm843@ncist.edu.cn或qlm843@tom.com

TD712

A

1672-7169(2016)01-0009-05