[發(fā)明專利]煤層硫化氫氣體含量測定系統(tǒng)及測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811224134.6
• 申請日: 2018-10-19
• 公開（公告）號: CN109060590B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙發(fā)軍;劉明舉;郝富昌;鄧奇根;左偉芹;劉彥偉;劉佳佳;劉新潤;代軍
• 申請（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N5/04
• 分類號: G01N5/04
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 王金

1.使用煤層硫化氫氣體含量測定系統(tǒng)進(jìn)行的測定方法，煤層硫化氫氣體含量測定系統(tǒng)包括煤樣罐、氣樣罐、反應(yīng)罐和解吸儀，煤樣罐、氣樣罐和反應(yīng)罐結(jié)構(gòu)相同，均包括罐體和可拆卸連接在罐體頂部的罐蓋；

解吸儀包括頂端敞口的箱體，箱體底部盛有水，箱體內(nèi)設(shè)有測量管，測量管上設(shè)有刻度線，測量管的底端設(shè)有開口，測量管的底端開口位于箱體內(nèi)的水面以下，測量管的頂端高于箱體內(nèi)的水面并位于箱體上部，測量管頂端連接有抽氣軟管，抽氣軟管連接有抽氣裝置；

煤樣罐的罐蓋上連接有煤樣罐出氣管，煤樣罐出氣管連接有煤樣罐出氣閥；

氣樣罐的罐蓋上連接有氣樣罐進(jìn)氣管和氣樣罐出氣管，氣樣罐進(jìn)氣管連接有氣樣罐進(jìn)氣閥，氣樣罐出氣管連接有氣樣罐出氣閥；

反應(yīng)罐的罐蓋上連接有反應(yīng)罐進(jìn)出管，反應(yīng)罐進(jìn)出管連接有反應(yīng)罐進(jìn)出閥；反應(yīng)罐的罐體底部連接有反應(yīng)罐進(jìn)氣管，反應(yīng)罐進(jìn)氣管連接有反應(yīng)罐進(jìn)氣閥；

煤樣罐出氣閥通過第一軟管與氣樣罐進(jìn)氣閥相連接；氣樣罐出氣閥通過第二軟管連接反應(yīng)罐進(jìn)氣閥；

反應(yīng)罐進(jìn)出閥連接有第三軟管，第三軟管通入解吸儀的箱體并自下向上通過開口伸入測量管；第三軟管上設(shè)有連接閥，連接閥與反應(yīng)罐進(jìn)出閥之間的第三軟管上串聯(lián)設(shè)有玻璃管，玻璃管內(nèi)設(shè)有潤濕后的藍(lán)色石蕊試紙；

反應(yīng)罐進(jìn)出閥處的第三軟管連接有第四軟管，第四軟管連接有開口向上的反應(yīng)物進(jìn)口，第四軟管上設(shè)有加料閥；連接閥和解吸儀之間的第三軟管上設(shè)有解吸進(jìn)氣彈簧夾；

罐體與罐蓋之間設(shè)有防腐密封圈；

所述抽氣裝置包括由彈性材料制成的吸氣管，吸氣管頂端設(shè)有上單向閥，吸氣管底端設(shè)有下單向閥，下單向閥與環(huán)境大氣相通，上單向閥連接所述抽氣軟管，抽氣軟管上設(shè)有抽氣管彈簧夾；

其特征在于按以下步驟進(jìn)行：

第一步驟是準(zhǔn)備步驟，準(zhǔn)備步驟中將煤層硫化氫氣體含量測定系統(tǒng)安裝好；

第二步驟是加料步驟，打開解吸進(jìn)氣彈簧夾、加料閥、連接閥和反應(yīng)罐進(jìn)出閥，通過反應(yīng)物進(jìn)口向反應(yīng)罐內(nèi)注入干燥的氫氧化鐵，注入氫氧化鐵時(shí)反應(yīng)罐內(nèi)的氣體通過第三軟管和解吸儀排入大氣；當(dāng)氫氧化鐵在反應(yīng)罐內(nèi)的高度達(dá)到反應(yīng)罐高度的三分之二以后，先關(guān)閉加料閥，然后關(guān)閉解吸進(jìn)氣彈簧夾、連接閥和反應(yīng)罐進(jìn)出閥，完成加料步驟；

第三步驟是對解吸儀進(jìn)行裝水和調(diào)試；本步驟按國家標(biāo)準(zhǔn)《地勘時(shí)期煤層瓦斯含量測定方法》中的規(guī)定進(jìn)行；先在解吸儀的箱體內(nèi)裝入干凈水，打開抽氣管彈簧夾，通過抽氣軟管將解吸儀中的水吸入測量管中至測量管裝滿水，然后關(guān)閉抽氣管彈簧夾，靜置5分鐘后，如果測量管內(nèi)水面不下降，則解吸儀調(diào)試結(jié)束；如果測量管內(nèi)水面下降，則檢查并確保解吸儀和抽氣軟管的氣密性，重新進(jìn)行本步驟，直到靜置5分鐘后測量管內(nèi)水面不下降，結(jié)束本步驟；

第四步驟是煤樣采集；具體是將第一軟管與煤樣罐出氣閥相分離，按照國家標(biāo)準(zhǔn)《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》規(guī)定的操作采集煤樣；

第五步驟是裝填煤樣，具體是打開煤樣罐的罐蓋，將采集的煤樣裝入煤樣罐中，蓋好罐蓋密封煤樣，再將第一軟管與煤樣罐出氣閥相連接，從而使煤樣罐和氣樣罐通過第一軟管相連接；

第六步驟是進(jìn)行井下自然解吸瓦斯量的測定；具體是依次打開解吸進(jìn)氣彈簧夾、連接閥、反應(yīng)罐進(jìn)出閥、反應(yīng)罐進(jìn)氣閥、氣樣罐出氣閥、氣樣罐進(jìn)氣閥和煤樣罐出氣閥；煤樣罐中的氣體通過煤樣罐出氣管、煤樣罐出氣閥、第一軟管、氣樣罐進(jìn)氣閥、氣樣罐進(jìn)氣管、氣樣罐、氣樣罐出氣管、氣樣罐出氣閥、第二軟管、反應(yīng)罐進(jìn)氣閥和反應(yīng)罐進(jìn)氣管進(jìn)入反應(yīng)罐，氣體在反應(yīng)罐內(nèi)與氫氧化鐵進(jìn)行反應(yīng)，氣體中的硫化氫被去除；去除硫化氫后的氣體稱為其余氣體，其余氣體經(jīng)過反應(yīng)罐進(jìn)出管、反應(yīng)罐進(jìn)出閥、玻璃管、連接閥和第三軟管進(jìn)入解吸儀的測量管內(nèi)，將測量管內(nèi)的水排出；

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》規(guī)定的操作來進(jìn)行井下自然解吸瓦斯量的測定，即在打開上述閥門后30分鐘之內(nèi)，每間隔1分鐘進(jìn)行一次讀數(shù)作業(yè)；讀數(shù)作業(yè)是指根據(jù)測量管的刻度線讀出其余氣體的體積；打開上述閥門30分鐘以后，每間隔2－5分鐘進(jìn)行一次讀數(shù)作業(yè)，直到解吸量小于每分鐘2立方厘米或者時(shí)間超過120分鐘，停止第六步驟；

第七步驟是關(guān)閉閥門；具體是依次關(guān)閉煤樣罐出氣閥、氣樣罐進(jìn)氣閥、氣樣罐出氣閥、反應(yīng)罐進(jìn)氣閥、反應(yīng)罐進(jìn)出閥、連接閥和解吸進(jìn)氣彈簧夾；

第八步驟是計(jì)算反應(yīng)罐中化學(xué)吸附的硫化氫，反應(yīng)罐中化學(xué)吸附的硫化氫的量使用X（H₂S）表示，單位為克；

具體是解除反應(yīng)罐進(jìn)氣閥與第二軟管的連接，解除反應(yīng)罐進(jìn)出閥與第三軟管的連接，將反應(yīng)罐送至實(shí)驗(yàn)室，打開反應(yīng)罐，取出氫氧化鐵，對于取出的氫氧化鐵采用紅外線干燥法測定出其干燥前后單位為克的水分變化，按以下第一公式計(jì)算出反應(yīng)罐中化學(xué)吸附的硫化氫的克數(shù)為；

第九步驟是計(jì)算X1、X2和X4；X1、X2和X4分別是國家標(biāo)準(zhǔn)《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》中的煤樣的損失瓦斯量、粉碎前脫氣瓦斯量和粉碎后脫氣瓦斯量，X1、X2和X4的單位均為立方厘米每克；

具體是解除煤樣罐出氣閥與第一軟管的連接，將煤樣罐并送實(shí)驗(yàn)室，按國家標(biāo)準(zhǔn)《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》中的脫氣法進(jìn)行測定，得到X1、X2和X4；

第十步驟是計(jì)算煤層中硫化氫的自然組成，硫化氫的自然組成即氣樣罐內(nèi)氣體中硫化氫的體積百分比濃度；具體是解除氣樣罐進(jìn)氣閥與第一軟管的連接，解除氣樣罐出氣閥與第二軟管的連接，將氣樣罐送至實(shí)驗(yàn)室，采用防硫化氫腐蝕的氣相色譜儀測定氣樣罐內(nèi)氣體的組分，得到氣樣罐內(nèi)氣體中硫化氫的體積百分比濃度和氣樣罐內(nèi)氣體中氧氣的體積百分比濃度；

煤層中硫化氫的自然組成按以下第二公式計(jì)算：；

第十一步驟是測定煤樣中硫化氫含量X，X的單位為克；具體是按以下第三公式計(jì)算出X：

；

第三公式中，M為煤樣重量，單位為克。