[發明專利]一種瞬態煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗方法

在審

• 申請號: 201810244586.4
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108444864A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 劉操;張玉貴;賈天讓;鐘福平;魏國營;張明杰
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N7/04
• 分類號: G01N7/04
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰

1.一種瞬態煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗方法，其特征在于：包括以下步驟：經1、2、3…i個步驟逐漸增大煤體瓦斯吸附試驗的初始注入壓力，每一步驟經過一段時間吸附后均到達吸附平衡，每個步驟對應個吸附平衡壓力點，計算出每步瞬態煤體瓦斯吸附率等溫線，從而出到相應的i條瞬態煤體瓦斯吸附等溫線，以及由連接而成的平衡態煤體瓦斯吸附等溫線。

2.根據權利要求1所述的一種瞬態煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗方法，其特征在于：

所述的試驗方法采用吸附等溫線測試試驗裝置進行試驗，吸附等溫線測試試驗裝置包括設置在恒溫水浴箱內的參考罐和煤樣罐，煤樣罐的罐口連接有煤樣氣管，參考罐的罐口連接有參考氣管，參考氣管的進氣口連接有進氣管，進氣管上設有增壓泵，參考氣管的出氣口與煤樣氣管的進氣口連接，煤樣氣管的出氣口連接有出氣管，煤樣氣管與出氣管的連接處設有第一閥門，煤樣氣管與參考氣管的連接處設有第二閥門，參考氣管與進氣管的連接處設有第三閥門，參考氣管上設有第一壓力傳感器和第一溫度傳感器，煤樣氣管上設有第二壓力傳感器和第二溫度傳感器；

所述的第i步的瞬態煤體瓦斯吸附率等溫線計算方法，包括以下步驟：

（1）、定義參考罐和參考氣管內空間體積為，煤樣罐和煤樣氣管內空間體積為，采用氦密度法分別測出、和煤樣基質體積，即可得吸附系統總的死空間體積；

（2）、第i步試驗前，關閉第一閥門和第二閥門，打開第三閥門，由增壓泵向參考罐壓入設定壓力的試驗氣體后關閉閥門，第i步試驗中參與吸附試驗的總氣體量為：

（1）

式（1）中為第i步充入參考罐氣體后的游離瓦斯濃度，為第步達到吸附平衡后的游離瓦斯濃度，當時，，代表試驗開始的第一步，參考罐還未充入氣體的真空狀態，充入氣體后；

（3）、進行第i步試驗，始終打開第二閥門，通過連續監測煤樣罐和參考罐內溫度、壓力和濃度的變化鑒別試驗數據的有效初始點，利用瞬態表面過剩吸附量計算公式：

計算出第i步吸附系統內任一時刻表面過剩吸附量為：

由于吸附初期存在壓力波動和熱不穩定，因此式（3）只有當煤樣罐和參考罐內的壓力和溫度一致波動時，即時才成立；

（4）、當第i步達到吸附平衡時，利用平衡態表面過剩吸附量計算公式：

計算出吸附系統內表面過剩吸附量為：

（5）、根據第i步吸附系統內實驗前總的游離瓦斯量、試驗時任一時刻的游離瓦斯量和吸附平衡時剩余的游離瓦斯量，結合判斷吸附等溫線有效初始點的邊界條件，則可得出第i步的瞬態煤體瓦斯吸附率等溫線計算公式：

。

3.根據權利要求2所述的一種瞬態煤體瓦斯吸附等溫線測試試驗方法，其特征在于：步驟（4）中平衡態表面過剩吸附量計算公式的計算方法為：

任一煤體處于吉布斯吸附系統中，該煤體可根據不同類型的空隙數量進一步分解成相應數量的吸附點（1,2,3,4…k），每一個吸附點中的瓦斯可能是吸附態、游離態、或者吸附態和游離態共存，當該吉布斯吸附系統達到吸附平衡時，根據吉布斯理論，任一一個吸附點（k孔）中的吉布斯表面過剩吸附量為：

式（7）中和分別為第k個孔中的實際吸附量和吉布斯忽略量；為第k個孔中的吸附態體積；分別為吸附態濃度和游離瓦斯濃度，煤體中總的吉布斯表面過剩吸附量是所有孔隙的總和，即有：

式（8）中等于吉布斯吸附系統中煤體總的吸附態體積，將式（8）進行如下變換：

式（9）中分別為吉布斯吸附系統中的游離瓦斯體積和游離瓦斯量，根據物料平衡的質量守恒原則，吸附瓦斯量和游離瓦斯量之和等于開展吸附試驗前充入吉布斯吸附系統中總的瓦斯量，即有，同樣，可將游離瓦斯所占體積和吸附瓦斯所占體積看作一個整體，那么等于吉布斯吸附系統中總的空隙體積或者說死空間，即有，而且，開展試驗前可以通過氦密度法測定出吉布斯吸附系統的總體積和煤基質的體積，可得，因此得出吉布斯吸附系統中的平衡態表面過剩吸附量計算公式：

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