qq中煤科工集团重庆研究科院中煤科工集团重庆研究科院中煤科工集团重庆研究科院中煤科工集团重庆研究科院DGCDGC型瓦斯含量直接测定装置技术原理、型瓦斯含量直接测定装置技术原理、组成及操作方法组成及操作方法 瓦斯分院：彭涛瓦斯分院：彭涛 工程师工程师交流内容交流内容内容注意事项注意事项操作方法操作方法DGCDGC组成组成前言前言技术原理技术原理1 前前 言言技术来源技术来源DGCDGC型瓦斯含量直接测定装置是我国型瓦斯含量直接测定装置是我国“十五十五”、“十一五十一五”等系列科技攻关成果，由煤炭科学研究总院重庆研究等系列科技攻关成果，由煤炭科学研究总院重庆研究院研制并具有完全自主知识产权。经鉴定达到了国际领院研制并具有完全自主知识产权。经鉴定达到了国际领先水平，申请专利先水平，申请专利5 5项，制定行业标准项，制定行业标准1 1项、国家标准项、国家标准1 1项。项。瓦斯含量瓦斯含量定义定义在自然条件下（一般指标准状况下），单位质量或单位在自然条件下（一般指标准状况下），单位质量或单位体积煤体中所含有的瓦斯量，单位为体积煤体中所含有的瓦斯量，单位为m m/t/t或或m m/m/m。简简 介介DGCDGC型瓦斯含量直接测定装置是用于煤层瓦斯含量、可解型瓦斯含量直接测定装置是用于煤层瓦斯含量、可解吸瓦斯含量测定的成套实验装备，分为井下部分和地面吸瓦斯含量测定的成套实验装备，分为井下部分和地面部分，地面需建立专门的实验室。部分，地面需建立专门的实验室。用用 途途直接、准确测定煤层瓦斯含量，用于矿井采掘部署、开直接、准确测定煤层瓦斯含量，用于矿井采掘部署、开拓延伸设计、煤层瓦斯赋存规律研究、瓦斯涌出量预测、拓延伸设计、煤层瓦斯赋存规律研究、瓦斯涌出量预测、瓦斯抽采效果评价、煤层气资源评价、突出危险性区域瓦斯抽采效果评价、煤层气资源评价、突出危险性区域预测及区域验证等方面。预测及区域验证等方面。依依 据据由煤炭科学研究总院重庆研究院和沈阳研究院共同由煤炭科学研究总院重庆研究院和沈阳研究院共同制定的国家标准制定的国家标准煤层瓦斯含量井下直接测定方法煤层瓦斯含量井下直接测定方法（GB/T 23250-2009GB/T 23250-2009）。）。22 技术原理技术原理直接法直接法煤层瓦斯压力煤层瓦斯压力煤层瓦斯含量煤层瓦斯含量间接法间接法 2间接间接间接间接间接间接法法法法法法直接直接直接直接直接直接法法法法法法现场井下直接测定现场井下直接测定煤层瓦斯压力、取煤层瓦斯压力、取煤样（全层样）实煤样（全层样）实验室测定煤的吸附验室测定煤的吸附常数、工业分析等常数、工业分析等指标，根据朗格缪指标，根据朗格缪尔方程进行瓦斯含尔方程进行瓦斯含量的计算。量的计算。通过测定或推算一定通过测定或推算一定质量的煤芯（井下定质量的煤芯（井下定点采取）在有限时间点采取）在有限时间内所解吸出的所有瓦内所解吸出的所有瓦斯在标况下的体积，斯在标况下的体积，可得到单位质量煤芯可得到单位质量煤芯所解吸出的瓦斯含量，所解吸出的瓦斯含量，即为煤层瓦斯含量。即为煤层瓦斯含量。 直接法优点：克服了间接法测定费时、工程量大、受地质条件限制等缺陷，可大量布置测定，测定速度快、准确度高（技术方法本身。大量布点控制） 。粉碎前自然解粉碎前自然解吸瓦斯量吸瓦斯量 （W2）常压吸附瓦斯量常压吸附瓦斯量（WcWc）DGC装置技术装置技术原理原理 常压下不可解，常压下不可解，对突出没有贡献，对突出没有贡献，也无法抽采利用。也无法抽采利用。瓦斯含量直瓦斯含量直接法测定准接法测定准确性的关键。确性的关键。损失瓦斯含量损失瓦斯含量（W1W1）包含井下常包含井下常压解吸量压解吸量（W21）和）和地面常压解地面常压解吸量吸量W22）粉碎自然解吸瓦粉碎自然解吸瓦斯量斯量 （W3） 采用粉碎采用粉碎方式加速方式加速瓦斯解吸瓦斯解吸DGC装置测装置测定技术工艺定技术工艺损失瓦斯含量损失瓦斯含量（W1）：）：测定煤样测定煤样初始解吸速度、初始解吸速度、损失时间，采损失时间，采用瓦斯解吸模型用瓦斯解吸模型推算得到推算得到 。粉碎前自然解吸瓦粉碎前自然解吸瓦斯量斯量 （W2）：）：常压常压下井下解吸仪测定下井下解吸仪测定井下解吸量（井下解吸量（W21）和地面解吸仪测和地面解吸仪测定解吸量（定解吸量（W22）。）。粉碎自然解吸瓦粉碎自然解吸瓦斯量斯量 （W3）：）：采用采用粉碎机粉碎煤样加速粉碎机粉碎煤样加速瓦斯解吸，用地面解瓦斯解吸，用地面解吸仪测定在粉碎过程吸仪测定在粉碎过程瓦斯解吸量（瓦斯解吸量（W3）。）。常压吸附瓦斯量常压吸附瓦斯量（Wc）：）：采用采用a、b吸附常数、工业吸附常数、工业分析等指标应用分析等指标应用朗格缪尔方程朗格缪尔方程进行计算。进行计算。关关键键技技术术推算推算模型模型 定点定点定点定点取芯取芯取芯取芯 取芯时间、深度取芯时间、深度取芯时间、深度取芯时间、深度取芯质量完整保质取芯质量完整保质取芯质量完整保质取芯质量完整保质 解吸规律解吸规律解吸规律解吸规律五类模型五类模型五类模型五类模型 取样方式、取样损失时间与煤样保质间的关系：取样粒径取样方式、取样损失时间与煤样保质间的关系：取样粒径较大（如采用取芯管取样），瓦斯解吸速度慢，可允许取较大（如采用取芯管取样），瓦斯解吸速度慢，可允许取样时间（损失时间）较长；若取样粒径较小（如采用压风样时间（损失时间）较长；若取样粒径较小（如采用压风引射装置取样），瓦斯解吸速度快，则要求取样时间（损引射装置取样），瓦斯解吸速度快，则要求取样时间（损失时间）要小。这两种方式满足取样要求。失时间）要小。这两种方式满足取样要求。3 DGC装置组成装置组成DGC装置装置井下取芯井下取芯系统系统井下解吸井下解吸系统系统地面瓦斯地面瓦斯解吸系统解吸系统称重称重系统系统粉碎解吸粉碎解吸系统系统水分测定水分测定系统系统数据处理数据处理系统系统 本套设备的安装主要为地面实验室的建设，地面实验室需要面积为20m2左右的地面平房地面平房，内部需经过简单装修，配有空调或暖气、水池、两个高度为0.8m和一个高度为0.4m的铁质或固定试验平台。配备220V和380V电源。因粉碎机工作过程产生一定的噪音，实验室应远离生活区或实验室应远离生活区或办公区办公区。实验室设备位置关系如下图所示。DGC实验室设备布置及位置关系图4 DGC装置使用操作方法装置使用操作方法 DGC装置使用流程图瓦斯含量测定时序图DGC装置4.1 井下取芯及解吸系统井下取芯及解吸系统一、设备组成：取芯管、引射取样装置、井下解吸仪、大气压力表、工具、秒表、机械表等。二、下井前的准备工作 取样装置与钻机配套性 取样设备及工具设备清点 操作人员和打钻人员安排 相关记录表格准备三、井下准备工作 井下解吸仪充工作液及检漏 煤样筒盖子及阀门开启准备等井下装置四、定点取样定定定定点点点点取取取取样样样样装装装装备备备备压风引射取样压风引射取样取芯管取样取芯管取样 （1 1）取芯管取样装置）取芯管取样装置钻机配套性：与钻机配套性：与5050钻杆配套，仅提供取芯管。钻杆配套，仅提供取芯管。使用方法：采用大于取芯管外径的钻头预开孔到取样位置，退出钻杆换装取使用方法：采用大于取芯管外径的钻头预开孔到取样位置，退出钻杆换装取芯管到孔底后钻进取样；在取样过程中需记录钻机钻进到预定深度时停钻时芯管到孔底后钻进取样；在取样过程中需记录钻机钻进到预定深度时停钻时间、取芯开始时间、取芯结束时间和开始解吸时间，用于间、取芯开始时间、取芯结束时间和开始解吸时间，用于损失时间损失时间t t计算。计算。 使用条件及优缺点：上向孔，深度不大于使用条件及优缺点：上向孔，深度不大于50m50m的较硬煤层。的较硬煤层。取样过程一定要采用压风或水进行排渣、冷却，不然煤样会因温度过高而变取样过程一定要采用压风或水进行排渣、冷却，不然煤样会因温度过高而变质。质。单层取芯管单层取芯管双层取芯管外形双层取芯管外形 (2)(2)压风引射连续定点取样装置压风引射连续定点取样装置连续定点取芯装置原理示意图连续定点取芯装置原理示意图连续定点取芯装置原理示意图连续定点取芯装置原理示意图与钻井配套性：与使用与钻井配套性：与使用与钻井配套性：与使用与钻井配套性：与使用5050钻杆的液压钻机配套。钻杆的液压钻机配套。钻杆的液压钻机配套。钻杆的液压钻机配套。使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压吹风疏通。取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压吹风疏通。取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压吹风疏通。取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压吹风疏通。使用条件及优缺点：使用条件及优缺点：使用条件及优缺点：使用条件及优缺点：压缩空气压力压缩空气压力压缩空气压力压缩空气压力压缩空气压力压缩空气压力0.5MPa0.5MPa0.5MPa时，水平钻孔取样深度不小于时，水平钻孔取样深度不小于时，水平钻孔取样深度不小于时，水平钻孔取样深度不小于时，水平钻孔取样深度不小于时，水平钻孔取样深度不小于40m40m40m、大于、大于、大于、大于、大于、大于151515仰角钻孔取样深度不小于仰角钻孔取样深度不小于仰角钻孔取样深度不小于仰角钻孔取样深度不小于仰角钻孔取样深度不小于仰角钻孔取样深度不小于60m60m60m、151515俯角钻孔取样深度不俯角钻孔取样深度不俯角钻孔取样深度不俯角钻孔取样深度不俯角钻孔取样深度不俯角钻孔取样深度不小于小于小于小于小于小于20m20m20m。连续定点取芯装置连续定点取芯装置连续定点取芯装置连续定点取芯装置五、煤样封装及井下解吸 （1）煤样采取出来后选取粒径较大、保质性好煤块快速装入煤样筒； （2）读取初值后快速与井下解吸仪连接开始解吸，然后每分钟记录一次读数， 直至30min后解吸结束，关闭煤样筒阀门，井下解吸量为W21；换水情况。 （3）将解吸结束后的煤样筒浸入水桶中检测气密性。 （4）上述解吸速度、损失时间t结合解吸模型可进行损失瓦斯含量W1计算。六、多组煤样的采取与解吸 七、井下需记录内容 取芯时间、取芯位置、取芯人员、钻孔信息、煤样粒度大小描述（五类）。八、注意事项 尽可能地减少取样时间；如实反映打钻过程中的喷孔、顶钻、排粉等情况；本次井下解吸系统操作过程中一定要注意煤样筒的气密性和井下解吸仪的防漏水性；煤样筒在升井到达实验室直至实验室解吸开始过程中一定确保阀门处于关闭状态；正确使用每个仪器，防止仪器损坏或丢失；多个煤样筒升井及运输时避免相互碰撞而导致阀门松动漏气。九、该操作系统中可能存在的问题 （1）井下解吸量少时可提前结束，不必解吸30min； （2）对解吸速度较快煤样，后段解吸数据不可用于损失量推算； （3）当环境温度小于煤层温度时存在倒吸现象； （4）两种取样装置均存在取样一定的局限性。4.2 地面解吸系统地面解吸系统 v地面解吸系统建立在地面实验室内，包括地面瓦斯解吸仪、煤样筒、工具等。 v来样登记 v解吸前准备工作 解吸玻璃管充工作液（饱和食盐水或自来水），进行气密性检测。v实验室常压解吸 读取初值，将解吸玻璃管与煤样筒连接，开启阀门开始解吸，当解吸到解吸量小于5ml/min时解吸结束，地面常压解吸量为W22，立即进入下一流程；换水情况。W21与W22之和则为粉碎前常压瓦斯解吸量W2。v多组煤样的解吸 v注意事项（ 工作液、工作液、防治吸入真空泵、初值问题、气密性检验、换水问题、手柄操作、倒吸现象）4.3 称重系统称重系统v用于煤样总重量（G）称量v称量系统包括电子天平、大煤样盆、小煤样盆、煤样勺等v选取与整体煤样粒径像似煤样150g左右作为粉碎二次煤样（G1、G2）称量，二次煤样粒径应小于26mmv注意事项（去皮、去除矸石等）电子天平4.4 煤样粉碎解吸系统煤样粉碎解吸系统 v用途：粉碎二次煤样，加速解吸v粉碎系统包括振动台、料钵、冲击块和工具 v常压粉碎解吸 （1）将地面解吸仪解吸玻璃管（1000ml组）充工作液并检测气密性；（2）将二次煤样及时倒入粉碎机料钵压紧后与地面解吸仪连接；（3）读取初值开启粉碎，粉碎至2min左右或解吸量较少时结束粉碎，读取终值，则粉碎瓦斯解吸含量为W3；（4）连续粉碎多个煤样时应对料钵进行降温处理；（5）单次解吸超过量管量程时应换水。v煤样保存制样粉碎机4.5 水分测定系统水分测定系统v用途：采用水力排渣时煤样被水打湿，质量增加，采用水分测定仪对混入水分进行校正v取样当采用水力排渣时，应在钻孔附近煤壁采用刻槽法采取煤样100g左右用于煤样原始水分测定。v注意事项（精密仪器、加热时间不宜太长、易损件、不清晰等）水分快速测定仪v粉碎前常压解吸瓦斯含量W2：标况下单位质量煤样井下瓦斯解吸量W21与标况下单位质量煤样实验室瓦斯解吸量W22）之和v粉碎解吸瓦斯量W3：标况下单位质量煤样粉碎解吸瓦斯量v常压吸附瓦斯量Wc：瓦斯压力为0.1Mpa时采用朗格缪尔方程计算得到v可解吸瓦斯含量：W可=W1+W2+W3v瓦斯含量：W=Wc+W可4.6 数据处理及计算系统数据处理及计算系统 W1详细计算过程：设损失时间为t0，4min时开始解吸，损失瓦斯含量为W1，5min时解吸量为Q1、 6min时解吸量为Q2、 7min时解吸量为Q3、 、34min时解吸量为Q30则：Q1+ W1=a(1+ t0)i Q2+ W1=a(2+ t0)i Q3+ W1=a(3+ t0)i Q30+ W1=a(30+ t0)i 30个方程进行未知参数的拟合，进而得到损失瓦斯量W1。v自主开发了DGC瓦斯含量计算软件，采用硬件加密。计算方便、准确。5 注意事项注意事项v产品组件中包含易损件，如玻璃管、密封圈、水分测定仪的电珠等，操作过程要细心；v取样要严格按照相关规定来取，并且所取煤样保证是新鲜煤样v设计体积测定的步骤，一定要事前进行气密性检验，且要测定环境温度和大气压力；v粉碎机料钵使用寿命有限，当损坏时要及时更换。祝大家祝大家身体健康身体健康工作顺利工作顺利! !