1 范圍

      本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的測(cè)定原理、測(cè)定儀器、測(cè)定步驟和結(jié)果表述。

      本標(biāo)準(zhǔn)適用于實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場測(cè)定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)為和Δh₂。

2 規(guī)范性引用文件

      下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有 的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究 是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

      GB/T 212 煤的工業(yè)分析方法

      MT 38 煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)定的采樣一般規(guī)定

3 術(shù)語和定義

      下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

      鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K₁ gas desorption index （K₁ ） of drill cuttings

      預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)之一。綜合反映煤層瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小，用特定儀器測(cè)定鉆屑試樣在卸壓初期一段時(shí)間（5 mm）瓦斯解吸曲線的斜率表示，單位為 cm³/g ? min^1/2。

3.2

      鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) Δh₂ gas desorpton index （Δh₂） of drill cuttings

      預(yù)測(cè)煤層突出危險(xiǎn)性的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)之一。綜合反映煤層的瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小，用特定儀器測(cè)定鉆屑試樣在卸壓初期一段時(shí)間（2 mm）瓦斯解吸而產(chǎn)生的壓力差表示，單位 為Pa。

4 測(cè)定原理

      將含瓦斯煤樣瞬間暴露于大氣中或類似于大氣環(huán)境條件的儀器中，根據(jù)等容或變?nèi)葑儔航馕?測(cè)定煤樣在不同時(shí)間段的瓦斯解吸量或不同時(shí)刻的瓦斯解吸速度，然后根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)與煤樣暴露時(shí)間 的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理，得出鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)。

5 測(cè)定儀器

5.1 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定儀器、設(shè)備

      a）按圖1所示實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)；

      b）采用等容或變?nèi)葑儔航馕淼碾娮踊蛭锢頊y(cè)量儀器，簡稱瓦斯解吸儀。等容式瓦斯解吸儀 （測(cè)定Ki）壓力范圍0 kPa?10 kPa,誤差±2% ;變?nèi)葑儔菏酵咚菇馕鼉x（測(cè)定Δh₂）壓力范圍 0 kPa?3 kPa,誤差±2%。瓦斯解吸儀還應(yīng)符合附錄A的使用條件；

      c）真空泵，流量為1 000 cm³/s,極限真空不大于0.1 Pa；

      d）閥門，公稱壓力應(yīng)不小于16 MPa；

      e）煤樣罐容積300 cm³,煤樣杯容積8.6 cm³ （壁厚應(yīng)不超過2 mm）,連接管路空間容積30 cm³,容積誤差應(yīng)不超過±5% ；

      f）煤樣罐應(yīng)能承受6 MPa的氣體壓力，承受4 MPa氣體壓力時(shí)，在煤樣罐中不盛裝試驗(yàn)樣品的 情況下，30 h內(nèi)壓力下降應(yīng)小于1% ;

      g）壓力表量程6 MPa,準(zhǔn)確度0.4級(jí)；

      h）試驗(yàn)氣體甲烷，濃度不小于99.9% ；

      i） 天平，感量0.1 g。

      1——高壓甲烷瓶；

      2——減壓閥；

      3、6、7——高壓三通閥；

      4——壓力表；

      5——煤樣罐；

      8——瓦斯解吸儀；

      9——真空泵；

      10——煤樣杯；

      a、b、c——三通閥的三個(gè)通路

圖1 測(cè)定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

5.2 現(xiàn)場測(cè)定儀器、設(shè)備

      a）瓦斯解吸儀，同5.1要求；

      b）采用等容式瓦斯解吸儀時(shí)，需要與之配套的煤樣罐、煤樣杯;采用變?nèi)葑儔菏酵咚菇馕鼉x時(shí)，需 要與之配套的煤樣杯；

      c）分樣篩，孔徑1 mm、3 mm；

      d）秒表；

      e）采用等容式瓦斯解吸儀時(shí)，需要煤樣罐與瓦斯解吸儀連接的硅膠管，硅膠管外徑10 mm,內(nèi)徑 4 mm,長 30 cm。

6 實(shí)驗(yàn)室測(cè)定

6.1 采樣和制樣

      a）采樣方法按MT 38的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；

      b）制取試驗(yàn)煤樣質(zhì)量20g,粒徑1mm?3mm。

6.2 測(cè)定前的準(zhǔn)備工作

6.2.1 系統(tǒng)各部件組裝后，要嚴(yán)格檢查系統(tǒng)氣密性，旋轉(zhuǎn)閥3—a通減壓閥，閥3-b通煤樣罐，閥3—c 通閥6 ,閥7—a通閥6 ,閥7—b關(guān)閉，閥7—c關(guān)閉，閥6—a通閥3 ,閥6-b通閥7 ,閥6—c關(guān)閉。緩慢 打開閥2,充入L5MPa壓力的氣體后立刻關(guān)閉閥門2,放置12 h,壓力表讀數(shù)下降小于0.IMPa合格。 

6.2.2 儀器檢修后應(yīng)重新檢查系統(tǒng)氣密性。

6.3 測(cè)定步驟

6.3.1 將盛裝5 g?10 g煤樣的煤樣杯置于煤樣罐中，蓋嚴(yán)煤樣罐蓋后關(guān)閉閥3—a,使閥6—a與6—b 連通，閥7—a通大氣，啟動(dòng)真空泵，旋轉(zhuǎn)閥7—a通真空泵，緩慢打開閥3—b、3—c對(duì)煤樣脫氣。脫氣 2 h后關(guān)閉閥3—c、旋轉(zhuǎn)閥7—a通大氣，停真空泵。

6.3.2 緩慢打開閥2,待連接管路中充入一定量氣體后立即關(guān)閉閥2,再緩慢打開閥3—a給煤樣罐充 氣，直至壓力表4讀數(shù)約為預(yù)定吸附壓力值的110%時(shí)關(guān)閉閥3—a。若一次充氣達(dá)不到預(yù)定吸附壓力 值，則重復(fù)開啟閥2、3—a充氣，直至壓力值達(dá)到預(yù)定值為止。注意閥2和閥3—a不允許同時(shí)打開。

6.3.3 待煤樣吸附氣體24 h后記錄壓力表4讀數(shù)作為煤樣的吸附平衡壓力P,確認(rèn)閥6—a與6—b 連通、閥7—a通大氣后準(zhǔn)備好瓦斯解吸儀，打開閥3—c的同時(shí)啟動(dòng)秒表記錄時(shí)間。當(dāng)秒表計(jì)時(shí)到預(yù)定 時(shí)間小轉(zhuǎn)動(dòng)閥6使閥6—a與瓦斯解吸儀連通，同時(shí)啟動(dòng)瓦斯解吸儀，每間隔ii時(shí)間讀一次數(shù)，總讀數(shù) 時(shí)間為 i2。測(cè)定 Ki 指標(biāo)時(shí)，io = 1 min,ii =0.5 min,)2 = 5 min；測(cè)定△”?指標(biāo)時(shí)，io = 3 min,ii=2 min, i2 =2 min。

6.3.4 研究煤樣干燥無灰基的瓦斯解吸指標(biāo)時(shí)，應(yīng)對(duì)煤樣進(jìn)行水分、灰分含量測(cè)定，測(cè)定方法按 GB/T 212的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

6.3.5 研究煤樣天然水分含量對(duì)瓦斯吸附和解吸特性的影響時(shí)，在制樣前應(yīng)對(duì)煤樣增加適量水分，并 測(cè)定處理后煤樣的水分含量，然后再進(jìn)行鉆屑瓦斯解吸試驗(yàn)。

6.3.6 模擬研究煤礦井下濕式打鉆的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)變化情況時(shí)，應(yīng)按6.3.1,6.3.2的規(guī)定對(duì)煤樣進(jìn)行脫氣和吸附。待吸附24 h后記錄壓力表4讀數(shù)作為吸附平衡壓力P,將閥6—a與6—b連通、閥 7—a通大氣，在打開閥3—c的同時(shí)啟動(dòng)秒表記錄時(shí)間，待煤樣罐中高壓氣放完后迅速打開煤樣罐取出 煤樣杯浸沒于水中1 mn,測(cè)定K1指標(biāo)時(shí)d=3 mm,其他測(cè)試工藝同6.3.3。

6.3.7 記錄實(shí)驗(yàn)室解吸測(cè)定時(shí)的環(huán)境溫度T。

6.4 結(jié)果表述

6.4.1 當(dāng)采用等容瓦斯解吸儀或變?nèi)葑儔和咚菇馕鼉x測(cè)定時(shí)，儀器讀數(shù)為壓力值，需要根據(jù)儀器提供的系數(shù)將壓力值換算成解吸量，換算公式為：

Q_i = (a×P_i+b)/G  …………………………( 1 )

i = 1,2,3,…，10

      式中：

      Q_i——對(duì)應(yīng)第i個(gè)讀數(shù)的單位質(zhì)量煤樣瓦斯解吸量，cm³/g；

      a,b——儀器提供的換算系數(shù)；

      P_i——第i個(gè)壓力值讀數(shù)，Pa；

      G——煤樣質(zhì)量，g。

6.4.2 煤樣暴露時(shí)間i按式(2)計(jì)算：

t_i = t₀ +0.5×i  …………………………( 2 )

      式中：

      t_i——煤樣自放氣開始至測(cè)量第i個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)的暴露時(shí)間，mm；

      t₀——煤樣自放氣開始至啟動(dòng)瓦斯解吸儀時(shí)的暴露時(shí)間，mm。

6.4.3 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1的計(jì)算：

      煤樣的瓦斯解吸規(guī)律服從關(guān)系式(3)：

      式中：

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