煤矿灾害防治技试验实训

煤矿灾害防治技实验实训煤矿灾害防治技实验实训 ———————————————————————————————— 作者： ———————————————————————————————— 日期： 2 2 实验一实验一矿内空气中沼气和二氧化碳浓度测定矿内空气中沼气和二氧化碳浓度测定 瓦斯爆炸演示瓦斯爆炸演示 一、实验目的一、实验目的 学习并掌握光学瓦斯检定器的构造，原理和使用方法。了解瓦斯爆炸过程。 二、实验原理二、实验原理 图 1-1AQG-1 型光学瓦斯检定器结构图 煤矿井下普遍使用 AQG-1 型光干涉式瓦斯检定器测 CH4和 CO2的浓度，它 的外形和内部构造见图 1-1。 检定器根据光干涉原理制成，它的关学原理如图1-2 所示。灯泡1 发出的一 束白光，经光栅 2 和透镜 3 变成一束平行光射到平行平面镜 4 后， 分成两束光线。其中一束自平面镜的a 点反射，经右空气室，大三棱镜和左 空气室回到平行平面镜，再经镜底反射镜面的 b 点，另一束在 a 点折射进入镜底 后反射出来， 往返经过瓦斯室也回到平面镜，于 b 点反射后与第一束光一同进入 三棱镜 6 再经 90 度反射进入望远镜。这两束光由于光程差（光程为光线通过的 路程和所遇过的介质的折射率的乘积） ，在透镜 7 的焦点平面上就白色光特有的 干涉条纹（通常称“光谱”）条纹中有两条黑纹和若干条彩纹。光通过气体介质的 折射率与气体密度有关， 如果以空气和瓦斯室都充满新鲜空气时干涉条纹的位置 为基准（即为零点） ，当含 CH4的空气进入瓦斯室时由于气体密度的变化，光程 也随之发生变化，于是干涉条件产生位移，位移量的大小与 CH4浓度的高低成 线性关系。 所以根据干涉条纹中任一条纹 （通常为黑色条纹） 的移动距离的大小， 就能直接测出空气中的 CH4浓度。 3 3 仪器的使用方法： 仪器使用前要进行下列准备： （1）充填吸收剂水分吸收管中装入氯化钙（或硅胶） ，二氧化碳吸收管中装 入石灰，吸收剂颗粒过大不能充分起吸收作用，过小则阻塞气路，吸收管两端填 以脱脂棉，以免煤尘及吸收剂进入仪器内部，吸收剂变质时应及时更换。 （2）气密性检查，堵住进气口，用手捏扁吸气球，然后放松，球体不起表 明仪器不漏气，放开进气口，球体即膨起，表明气路畅通可以使用。 （3）光路系统检查， 装好电池后，按下光源电门8，由目镜观察并转动目镜 筒，调整到分划板刻度清晰时，再看干涉条纹是否清晰，如不清晰可转动光源电 门 7，由微读数观测窗看微读数电源是否接通。 ` 9 14 13 7 13 8 512 11 10 6 4 3621 图 1－2检定器的光学系统 1－光源2－光栅3－透镜4－平行平面镜5－大三棱镜6－三棱镜7－物镜8－ 测微玻璃9－分划板10－场镜 11－目镜 12－目镜保护玻璃13－空气室14－瓦斯室 4 4 CH4浓度测定： 首先，在新鲜风流中对零：按压微读数电门 7，逆时针转动微调螺旋 3，将 微读数调到零点，捏放橡皮球 5～6 次，使瓦斯室内充满新鲜空气，按压下光源 电门 8，由目镜观察干涉条纹的同时，转动主调螺旋 2，使条纹中的某一黑线正 对分划板的零点，盖紧主调螺旋盖 15，就可以进行测定了。 测定时，在测定地点捏放橡皮球 5～6 次，将待测气体吸入瓦斯室，按下光 源电门 8，读出黑基线位移后的整数值，再转动微调位螺旋 3，使黑线遇到和该 读数重合， 由微调读数盘上读数读出小数， 例如， 位移的整数为 2， 微读数为 0.46， 则 CH4浓度为 2.46％。 该仪器还可以用来测定其它气体，但是必须加装专门的吸收管并进行测定结 果校正。 CO2浓度的测定，空气中同时存在 CH4和 CO2时，先测出 CH4浓度浓度， 然后取下吸收管， 测出CH4浓度和CO2的混合浓度。 因为CO2的折射率 （1.000418） 与 CH4浓度的折射率（1.000411）相差不大，一般测定时，后一读数减去前一读 数即为 CO2浓度。精度测定时，还要乘以校正系数 k，kCO2＝0.952。 三、实验内容和方法三、实验内容和方法 在掌握了仪器的构造， 原理和使用方法以后，分别由瓦斯缸内取样测缸内浓 度各二次，取其平均值。 四、观看瓦斯爆炸过程四、观看瓦斯爆炸过程 在观看瓦斯爆炸过程时，注意瓦斯爆炸时显示的条件。 5 5 实验二实验二解吸法测定煤层瓦斯含量解吸法测定煤层瓦斯含量 一、实验目的一、实验目的 学习并掌握解吸法测定煤层瓦斯含量的测定方法。 二、实验仪器二、实验仪器 普通岩芯管、密封罐等实验仪器。 三、实验方法和步骤三、实验方法和步骤 （1）采样。用普通岩芯管采取煤芯（煤样） ，当煤芯（煤样）取出钻孔后， 选取煤样 300-400g， 立即装入密封罐中密封。 在采样过程中， 标明取样时煤芯 （煤 样）在空气中的暴露时间。 （2）瓦斯解吸量测定。煤样装入密封罐后，在拧紧罐盖之前，应将穿刺针 头插入垫圈，以便使密封时排出罐内气体。密封后，密封罐应立即与瓦斯解吸仪 连接， 以测定煤样解吸瓦斯量随时间的变化。 测定 2h 后， 得出解吸瓦斯体积 V1， 然后把装有煤样的密封罐送至实验室进行脱气和气体分析。 （3）瓦斯损失量推算。解吸测定测出的瓦斯解吸量 V ，仅为煤样总解吸 量的一部分， 其中一部分在煤样解吸前损失掉了。煤样解吸测定前损失的瓦斯量 多少取决于煤芯（煤样）在钻孔内和空气中的暴露时间和煤样瓦斯解吸规律。根 据试验和理论分析， 煤样解吸测定前损失的瓦斯量和解吸测定测出的瓦斯解吸量 V1具有如下的关系： 式中 t0― 煤样在解吸测定前的暴露时间， min ； tl― 退钻时间，据经验煤样在钻孔的暴露解吸时间取为 t/2，min; t2－ 煤样解吸测定前煤样在地面的暴露时间，min ; t － 煤样解吸测定的时间，min； K － 比例常数， mL / min1/2。 （4）瓦斯残存量实验室测定。经过解吸测定的煤样，在密封状态下应尽快 送到实验室进行粉碎前加热（95℃）真空脱气，脱气后将煤样粉碎，再粉碎后进 行脱气，最后进行气体组分分析。脱气、粉碎和气体分析均为残存瓦斯含量测定 步骤之一，得出实验室煤样粉碎前后脱出的瓦斯量 V3、V4，最后将煤样称重并 进行煤样工业分析，得出煤样质量。 6 6 （5）煤层瓦斯含量计算。煤层瓦斯含量是上述各阶段泄出的瓦斯总体积与 损失瓦斯量之和同煤样重量的比值，即： 式中X0－煤层原始瓦斯含量，mL／g ； V1－煤样解吸测定中累计解吸的瓦斯体积，cm3； V2－推算出的瓦斯损失量，cm3； V3－实验室煤样粉碎前脱出的瓦斯量，cm3； V4－实验室煤样粉碎后脱出的瓦斯量，cm3； G－煤样质量，g。 应当指出，各阶段放出的瓦斯体积皆应换算为标准状态下的体积进行计算。 此种方法在井下应用时，当钻孔中无水时(水平孔或仰孔)，其损失量的推算 比较准确。但缺点是当钻孔塌孔时取样比较困难。 7 7 实验三实验三瓦斯放散指数瓦斯放散指数△ △ P P 测定测定 一、实验目的一、实验目的 学习并掌握瓦斯放散指数△ P 测定方法。 二、实验仪器二、实验仪器 瓦斯放散指数△ p 测定仪 三、实验仪器结构三、实验仪器结构 瓦斯放散指数△ P 测定仪器