[发明专利]一种采空区遗煤多气体竞争吸附测试装置及其使用方法

权利要求书

1.一种采空区遗煤多气体竞争吸附测试方法，该方法所使用的测试装置包括煤样处理单元、气体收集单元、混气单元、体积计量单元、尾气处理单元和气体分析单元，所述煤样处理单元通过气体管道与所述气体收集单元、所述混气单元、所述体积计量单元、所述尾气处理单元和所述气体分析单元相连通；其中

所述煤样处理单元包括煤样罐（15）、破碎叶轮（16）、电机（17）、加热套（13）；所述破碎叶轮（16）置于煤样罐（15）内，用于对煤样进行破碎；所述破碎叶轮（16）上方连接所述电机（17），所述加热套（13）包裹在所述煤样罐（15）的外侧，所述煤样罐（16）的下部设置有一个进气通道，上部设置有两个出气通道；所述气体收集单元包括隔膜泵（29）、量筒（30）和烧杯（31），所述隔膜泵（29）与量筒（30）通过集气管相连通，所述量筒（30）和烧杯（31）通过排水管相连通；所述体积计量单元包括参比罐（21）和氦气（24），所述煤样罐（15）通过上部的一个出气通道通过连通管（19）与所述参比罐（21）相连通，所述参比罐（21）通过计量管与所述氦气（24）相连通，所述煤样罐（15）与参比罐（21）之间设置有计量管阀门一（20）；所述参比罐（21）与氦气（24）之间设置第二压力表（26）和计量管阀门二（25）；所述混气单元包括混气仪（34）和吸附气体（35）；所述混气仪（34）与吸附气体（35）之间通过进气管（32）连通，所述进气管（32）上设置有进气管阀门二（33）；所述混气仪（34）通过气体管道与煤样罐（15）的下部进气通道连通；所述混气仪（34）与煤样罐（15）之间依次设置有加压阀（23）、流量计（22）和进气管阀门一（14）；所述尾气处理单元包括酒精灯（1）、碱性溶液（2）、干燥剂（3）；所述煤样罐（15）通过上部的另一个出气通道通过出气管（7）与所述干燥剂（3）、所述碱性溶液（2）、所述酒精灯（1）依次连通，所述煤样罐（15）与所述干燥剂（3）之间设置有出气管阀门一（4）；所述气体分析单元包括依次设置并用数据线连接的数据采集仪（10）、电脑（8）、气相色谱仪（6）；所述煤样罐（15）从下部的进气通道通过分析管与所述气相色谱仪（6）连通；所述煤样罐（15）下部的进气通道与所述气相色谱仪（6）之间依次设置第一压力表（11）和分析管阀门二（9）；所述煤样罐（15）上部的出气通道与所述气相色谱仪（6）之间的气体管道上依次设置出气管阀门二（12）和分析管阀门一（5）；其特征在于，该测试方法包括如下步骤：

（1）装置气密性监测：关闭进气管阀门一（14）、出气管阀门二（12）、加压阀（23），打开阀门集气管阀门一（18）、计量管阀门一（20）和计量管阀门二（25），利用隔膜泵（29）对煤样罐（15）抽真空，待真空表（27）上的示数小于-0.09MPa时，关闭计量管阀门二（25），若一个小时内真空表（27）示数不变，则说明装置气密性良好；否则重新连接装置，并再次检查装置的气密性，直至装置的气密性满足实验要求；

（2）计量煤样罐体积：关闭出气管阀门二（12）、进气管阀门一（14）、计量管阀门一（20），打开集气管阀门一（18）和集气管阀门二（28），利用隔膜泵（29）对煤样罐（15）抽真空，待量筒（30）内的液柱不再下降时，关闭集气管阀门一（18），打开计量管阀门二（25），向参比罐（21）内注入氦气（24），记录此时压力P₁₁，再打开计量管阀门一（20），待第二压力表（26）稳定时，记录此时压力P₁₂，根据气体状态方程，计算煤样罐体积V₁；

（3）计算自由空间体积：选取粒径为2~3cm的煤样，称取重量m₁，放入煤样罐内，关闭出气管阀门二（12）、进气管阀门一（14）和计量管阀门一（20），打开集气管阀门一（18）和集气管阀门二（28），并利用隔膜泵（29）对煤样罐（15）抽真空，待量筒（30）内的液柱不再下降时，再抽真空一个小时，关闭集气管阀门一（18），打开计量管阀门二（25），向参比罐（21）内注入氦气（24），记录此时压力P₁₃，再打开计量管阀门一（20），待第二压力表（26）稳定时，记录此时压力P₁₄，根据气体状态方程，计算煤样罐自由空间体积V₂，则煤样体积V₃= V₁-V₂；

（4）配置混合气体：根据实验需要，打开吸附气体钢瓶，设置混气比例，利用混气仪（34）配置实验所需气体的浓度，通过分析管，将气体输送到气相色谱仪（6），利用气相色谱仪（6）分析各气体浓度，确保气体比例的准确性；

（5）煤样吸附气体：设置加热套13温度为30℃，关闭分析管阀门二（9）、集气管阀门一（18）和计量管阀门一（20），打开进气管阀门一（14），将混气仪（34）内的气体充入煤样罐（15）内，待第一压力表（11）示数达到0.05MPa时，关闭混气仪（34）出口的加压阀（23），使煤样充分吸附待测气体，保证第一压力表（11）示数不变且大于零即可；

（6）常压下煤样动态吸附：点燃酒精灯（1），打开出气管阀门二（12）、出气管阀门一（4），让煤样罐（15）内的自由气体解吸出来，同时打开混气仪（34）出口的加压阀（23），控制出口流量在10~20ml/min，让气体流过煤样；

（7）煤样吸附气体含量测试：待出气口监测到的气体成分与混气仪（34）所配气体成分相同时，关闭出气管阀门二（12）和进气管阀门一（14），设置加热套（13）的温度为60℃，启动电机（17）对煤样罐（15）内的煤样破碎，打开集气管阀门一（18）和集气管阀门二（28），利用隔膜泵（29）将煤样罐（15）内的气体抽出，并通过量筒（30）计量，15分钟内量筒（30）内气体不再增加时，关闭电机（17）、隔膜泵（29）以及集气管阀门一（18）和集气管阀门二（28），记录量筒（30）内的气体体积V₄，并利用气相色谱仪（6）对气体成分进行分析；

（8）煤样对多气体吸附量计算：煤样对气体的吸附体积V_i=V₄×C_4i - V₂×C_2i，其中V_i表示第i种气体体积，C_4i表示含量测试中第i种气体的浓度，C_2i表示煤样罐自由体积中第i种气体的浓度，那么煤样对第i种气体的吸附量为V_i/m；

（9）整理实验仪器：熄灭酒精灯（1），整理实验仪器并打扫实验室卫生。