[发明专利]一种预吸附水分煤样的瓦斯吸附解吸特性测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了一种预吸附水分煤样的瓦斯吸附解吸特性测试装置及其测试方法，装置包括抽真空系统、充气系统、恒温系统、水吸附系统及瓦斯吸附解吸测试系统。该装置通过水吸附系统可改变煤样的内在水含量，从而可研究煤样在不同内在水分含量条件下的瓦斯吸附解吸特性及内在水分的影响规律，能较好地反映原位煤储层尤其是具有较高内在水分含量特征低阶煤的瓦斯吸附解吸性能的演化规律，不仅有利于煤层瓦斯灾害的有效防治，而且还有助于煤层气（瓦斯）资源的可靠评价，其装置结构简单，测试步骤简便，使用效果好。

技术领域

本发明属于瓦斯实验技术领域，尤其是涉及一种预吸附水分煤样的瓦斯吸附解吸特性测试装置，主要适用于实验室中模拟原位煤储层在不同内在水分含量条件下的瓦斯吸附解吸特性。

背景技术

国务院制订的《能源发展战略行动计划（2014-2020）》指出，“到2020年，全国煤炭消费比重控制在62%以内”。因此，在今后相当长的时期内，我国以煤炭为主的一次能源结构仍难以改变。煤层气（瓦斯）是在成煤过程中形成，并赋存于煤储层中以甲烷（CH₄）为主的混合气体。煤层瓦斯是我国煤矿安全生产的“第一杀手”，例如2014年全国重大瓦斯事故发生10起，死亡人数达162人，占全国煤矿重大以上事故总死亡人数的70.7%。然而，煤层瓦斯又是一种清洁高效的能源，我国陆上煤层埋深2000m以浅的煤层气（瓦斯）资源量高达32.86×10¹²m³，开发利用前景巨大。鉴于这两个方面，掌握原位煤储层的瓦斯吸附解吸特性，以对煤层瓦斯含量及煤层气可采资源量等进行可靠评价，是治理和利用煤层瓦斯的基础所在。

实际上，原位煤储层是煤、瓦斯和水三相共存的地质体。煤中的水主要以裂隙中的自由水和煤基质中的内在水，两种形式存在。内在水主要以多分子层物理吸附和凝聚等方式赋存于煤孔隙系统中。尤其是低阶煤，由于其具有较多的含氧官能团以及较为发育的微孔孔隙，因此往往具有较高的内在水分含量。例如，我国褐煤的水分含量高达25~40%，而长焰煤的水分含量平均为8.57%。

目前，水对煤中瓦斯吸附解吸特性的影响研究主要是在实验室进行的，并且更多的关注于不同注水条件下，即通过液态水侵入煤样的试验方法，研究外加水分对煤中瓦斯吸附解吸性能的影响。显然，这忽略了煤中内在水分的影响。实际上，受孔隙界面张力的影响，液态水无法克服界面张力进入小孔及微孔系统，因此利用注入液态水方法无法反映内在水分对煤吸附解吸特性的影响规律，同时也无法还原原位煤储层中水分对煤体吸附解吸特性影响的本质。国内外学者也开展了煤样在不同内在水分含量条件下的吸附解吸试验，然而煤样在预先吸附水分后，均要再进行较长时间的抽真空过程，煤中一部分内在水会在负压作用下被抽出。因此，试验过程中煤样的水分含量要小于其最高内在水分含量，这不利于我们分析煤样在较高内在水分含量条件下的瓦斯吸附解吸演化规律。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有测试手段的不足，提供一种结构简单、测试方法简便，能有效地进行预吸附水分煤样的瓦斯吸附解吸特性测试装置及其测试方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种预吸附水分煤样的瓦斯吸附解吸特性测试装置，其包括抽真空系统、充气系统、恒温系统、水吸附系统及瓦斯吸附解吸测试系统；

所述抽真空系统包括真空泵、与真空泵相连的真空规管和真空计，以及连接在抽排管路上的阀门F1和阀门F2；

所述充气系统包括高压氦气瓶、高压甲烷气瓶、与高压氦气瓶相连的减压阀JF1和与高压甲烷气瓶相连的减压阀JF2；

所述水吸附系统包括玻璃真空皿、设于玻璃真空皿上的数显湿度传感器以及与玻璃真空皿相连的阀门F4；

所述恒温系统包括恒温水浴箱；