齊黎明，梁 為，張旭錕，趙 嶸

(1. 河北省礦井災(zāi)害防治重點實驗室，河北 廊坊 065201；

煤層殘存瓦斯含量測定裝置改進(jìn)研究

齊黎明1，2，梁 為3，張旭錕2，趙 嶸2

(1. 河北省礦井災(zāi)害防治重點實驗室，河北 廊坊 065201；

2. 華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊 101601；

3. 華北科技學(xué)院 機(jī)電工程系，北京 東燕郊 101601)

殘存瓦斯含量是煤層瓦斯含量的重要組成部分，它的準(zhǔn)確、高效測定有助于提升煤層瓦斯含量測定技術(shù)水平。真空脫氣系統(tǒng)和煤樣破碎系統(tǒng)是殘存瓦斯含量測定裝置的重要組成部分，因此，有必要對它們進(jìn)行改進(jìn)。本研究首先對這兩個裝置進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，并與傳統(tǒng)裝置開展了對比性實驗；然后，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，得出了相應(yīng)的分布曲線圖。研究結(jié)果顯示，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)，真空脫氣系統(tǒng)的密封性能更加可靠，煤樣破碎系的粉碎效率得到有效提升，并且，它的最佳轉(zhuǎn)速為145～165 r/min。

粉碎系統(tǒng)；真空脫氣系統(tǒng)；瓦斯含量

0 引言

煤層瓦斯含量指單位重量的煤中所含有的瓦斯量，它是煤與瓦斯突出危險性預(yù)測、煤層瓦斯儲量計算及煤層瓦斯可抽采性評價等瓦斯治理工作的基礎(chǔ)參數(shù)之一[1-6]。目前，瓦斯含量測定方法主要有間接法和直接法兩種，在實際煤層瓦斯含量測定中，多數(shù)采用直接法[7-11]。

直接法通過鉆孔取煤芯，測定和計算采樣過程的損失瓦斯量、解吸瓦斯量和殘存瓦斯量，這三部分之和為煤層原始瓦斯含量。殘存瓦斯量通常在實驗室測定，根據(jù)脫氣系統(tǒng)的壓力，可分為真空脫氣法和常壓自然解吸法[12]，我國現(xiàn)行的煤層殘存瓦斯含量測定裝置主要為中煤科工集團(tuán)沈陽研究院研制的FH-5殘存瓦斯含量測定裝置和重慶研究院研制的DGC型瓦斯含量直接測定裝置；前者是真空脫氣解吸，后者是在常壓下解吸。在常壓解吸條件下，常壓下未解吸出來的殘存瓦斯含量仍然需要采用公式推算，因此，真空脫氣解吸測定殘存瓦斯含量相對準(zhǔn)確；但是，筆者在使用FH-5殘存瓦斯含量測定裝置時，發(fā)現(xiàn)其真空脫氣系統(tǒng)和粉碎系統(tǒng)有待改進(jìn)。為此，本研究以真空脫氣法殘存瓦斯含量測定裝置改進(jìn)為研究對象，針對真空脫氣系統(tǒng)和煤樣破碎系統(tǒng)的改進(jìn)進(jìn)行研究。

1 真空脫氣系統(tǒng)的改進(jìn)

1.1 真空脫氣系統(tǒng)改進(jìn)方案

本研究主要從以下四個方面對傳統(tǒng)真空脫氣系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)：將絕大部分旋塞改成電磁閥，并集中進(jìn)行控制；增加了新的冷卻循環(huán)系統(tǒng)；采用主動式打氣來迫使水位上升，從而排擠氣體；增加了水位測量管。改進(jìn)后的真空脫氣系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 真空脫氣系統(tǒng)實物圖

1.2 真空脫氣系統(tǒng)密封效果實驗分析

對于脫氣系統(tǒng)來說，影響瓦斯含量測定結(jié)果可靠性的最重要因素是系統(tǒng)的密封性，為考察新脫氣系統(tǒng)在這方面優(yōu)勢，特進(jìn)行了對比實驗。實驗方案是考察新舊兩套系統(tǒng)抽完真空后，水銀柱的變化，也就是水銀柱兩側(cè)的高差，這個數(shù)據(jù)直接反應(yīng)了真空系統(tǒng)的真空度，也就是脫氣系統(tǒng)的密封性能；很明顯，數(shù)據(jù)越大，真空度越差，系統(tǒng)的密封性能越差，最終的瓦斯含量測定結(jié)果誤差越大。具體測定結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，與傳統(tǒng)脫氣系統(tǒng)相比，在相同的時間內(nèi)，新型脫氣系統(tǒng)的水銀柱之差大幅度下降，這表明該系統(tǒng)的氣體泄漏量相對較少，其密封性能更加可靠，瓦斯含量測定結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2 煤樣破碎系統(tǒng)的改進(jìn)

2.1 煤樣破碎系統(tǒng)改進(jìn)方案

改進(jìn)的煤樣破碎系統(tǒng)實驗裝置采用電機(jī)直接帶動軸承使煤樣罐轉(zhuǎn)動。電機(jī)采用無級調(diào)速，便于粉碎不同煤塊時，尋找最佳轉(zhuǎn)速；煤樣罐與球磨機(jī)采用柔性連接方式，減小球磨機(jī)工作時的噪聲；改進(jìn)煤樣罐的裝夾結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)煤樣罐的快速裝夾；采用減震底座，提高設(shè)備工作時的穩(wěn)定性。改進(jìn)后的煤樣粉碎系統(tǒng)實驗裝置如圖3所示。

2.2 煤樣破碎系統(tǒng)粉碎效果實驗分析

現(xiàn)場采取新鮮煤樣(堅固性系數(shù)約為0.6)，破碎后(直徑小于24 mm)，每次稱取250 g；裝入煤樣罐中，分別采用傳統(tǒng)破碎系統(tǒng)和改進(jìn)后的破碎系統(tǒng)進(jìn)行實驗，測定不同破碎時間下的煤樣重量(直徑小于0.25 mm)，直至煤樣超過總量的80%。對于改進(jìn)后的煤樣破碎系統(tǒng)，通過調(diào)解轉(zhuǎn)速，可測定出不同轉(zhuǎn)速下的煤樣粉碎比例。煤樣被改進(jìn)后的破碎系統(tǒng)粉碎前后的形狀如圖4所示，由圖可知，在該實驗系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)下，煤樣得到有效粉碎。

將實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納處理，可得出傳統(tǒng)破碎系統(tǒng)和改進(jìn)破碎系統(tǒng)在不同時間下的煤樣粉碎比例分布曲線，具體如圖5所示。

由圖5可知，改進(jìn)后的煤樣破碎系統(tǒng)將煤樣(直徑小于24 mm)破碎到80%的煤樣直徑達(dá)到0.25 mm的時間為50～70 min；而傳統(tǒng)煤樣破碎系統(tǒng)達(dá)到同等功效需要約140 min，因此，該技術(shù)裝置的改進(jìn)大大提升了它的煤樣粉碎效率；并且，當(dāng)轉(zhuǎn)速為155±10 r/min時，用時最小，效率最高。

圖2 新舊脫氣系統(tǒng)密封效果對比實驗數(shù)據(jù)曲線

圖3 煤樣破碎系統(tǒng)實驗裝置圖

圖4 粉碎前后的煤樣實物圖

圖5 煤樣粉碎比例分布曲線圖

3 結(jié)論

(1)與傳統(tǒng)真空脫氣系統(tǒng)相比，改進(jìn)后的真空脫氣系統(tǒng)密封性能更加可靠，可有效提升瓦斯含量測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

(2)與傳統(tǒng)煤樣破碎系統(tǒng)相比，改進(jìn)后的煤樣破碎系統(tǒng)既解決了它存在的不足(體積大，噪音和能耗較高)，又可有效提升煤樣粉碎效率，縮短瓦斯含量測定時間。

(3)煤樣破碎實驗結(jié)果顯示，當(dāng)煤樣粒度小于24mm時，該系統(tǒng)的最佳轉(zhuǎn)速為145～165r/min。

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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

國家自然科學(xué)基金資助(51204070)；河北省高層次人才資助項目(博士后科研項目擇優(yōu)資助，B2013003021)；河北省礦井災(zāi)害防治重點實驗室開放基金資助(KJZH2013K09)

齊黎明(1979-)，男，安徽安慶人，華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院博士后，副教授，從事礦山安全方面的教學(xué)科研工作.E-mail:qlm843@ncist.edu.cn或qlm843@tom.com

TD712

A

1672-7169(2016)01-0009-05