[發(fā)明專利]一種受載含瓦斯煤接觸角測(cè)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210245653.0
• 申請(qǐng)日: 2022-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114813479A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岳基偉;申曉靜;石必明;李懷賓;程靜;邵亨威;楊可新;呂振威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N13/00
• 分類號(hào): G01N13/00
• 代理公司: 鄭州豫開(kāi)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰;田文舉

一種受載含瓦斯煤接觸角測(cè)試方法，具體包括以下步驟：（一）、設(shè)計(jì)一種基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置；（二）、將煤樣放入基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置；（三）、對(duì)基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置進(jìn)行氣密性測(cè)試；（四）、對(duì)煤樣進(jìn)行加載；（五）、標(biāo)定基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置的死體積；（六）、測(cè)得吸附平衡時(shí)煤樣的吸附瓦斯量；（七）、測(cè)得含瓦斯煤與蒸餾水或改性水的接觸角；（八）、卸載并取出煤樣；（九）、重復(fù)步驟（二）～（八），測(cè)得不同實(shí)驗(yàn)條件下含瓦斯煤與蒸餾水或改性水的接觸角。本發(fā)明能夠相似模擬不同煤層實(shí)際賦存條件，精確測(cè)試受載煤?瓦斯?液體三相體系中煤與液體之間的接觸角。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種受載含瓦斯煤接觸角測(cè)試方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)煤礦開(kāi)采深度和開(kāi)采強(qiáng)度的增加，瓦斯隱患、粉塵隱患也逐漸加劇。瓦斯隱患導(dǎo)致煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、瓦斯超限等。粉塵隱患導(dǎo)致粉塵爆炸、塵肺病等，嚴(yán)重影響著工人的職業(yè)衛(wèi)生健康。煤層注水是一項(xiàng)綜合災(zāi)害治理措施，煤層注水潤(rùn)濕煤體效果與治理瓦斯、防塵、防突的效果緊密相關(guān)。接觸角是衡量液體對(duì)煤體的潤(rùn)濕效果的一個(gè)重要參數(shù)，當(dāng)接觸角小于90°時(shí)，固體表面是親水的；當(dāng)接觸角大于90°時(shí)，固體表面是疏水。

測(cè)量接觸角最常用的方法是固定液滴法，而后通過(guò)外形圖像分析的方法獲得接觸角。目前，關(guān)于煤體與液體接觸角的測(cè)試，大多是在煤-空氣-液體三相體系或煤-瓦斯-液體三相體系中進(jìn)行。實(shí)際上，原位條件煤體潤(rùn)濕過(guò)程中，煤體的承載應(yīng)力及煤體內(nèi)的瓦斯均影響著煤與液體之間接觸角的大小。因此，測(cè)試原位條件煤體與液體的接觸角應(yīng)在液體-瓦斯-受載煤體三相體系中進(jìn)行。因?yàn)槊后w吸附瓦斯后孔隙的表面能會(huì)降低，煤體處于受載狀態(tài)時(shí)孔裂隙結(jié)構(gòu)也不一樣，這些差異均會(huì)造成煤-空氣-液體三相體系中煤與液體之間的接觸角與受載煤-瓦斯-液體三相體系中受載煤與液體所形成的接觸角不同，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)煤層注水潤(rùn)濕效果的評(píng)價(jià)不準(zhǔn)確。

因此，為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)液體對(duì)受載含瓦斯煤的潤(rùn)濕效果，有必要設(shè)計(jì)一種受載含瓦斯煤接觸角測(cè)試方法，為深入研究煤層注水治理瓦斯、防塵、防突奠定提供參數(shù)支撐。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種受載含瓦斯煤接觸角測(cè)試方法，本發(fā)明能夠相似模擬不同煤層實(shí)際賦存條件，精確測(cè)試受載煤-瓦斯-液體三相體系中煤與液體之間的接觸角。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種受載含瓦斯煤接觸角測(cè)試方法，具體包括以下步驟：

（一）、設(shè)計(jì)一種基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置，基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置包括充甲烷系統(tǒng)、充氦氣標(biāo)定系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)、注液系統(tǒng)、可視化加載釜體系統(tǒng)、成像測(cè)試系統(tǒng)和恒溫系統(tǒng)，充甲烷系統(tǒng)的甲烷出口和充氦氣標(biāo)定系統(tǒng)的氦氣出口與可視化加載釜體系統(tǒng)的氣體進(jìn)口并聯(lián)連接，可視化加載釜體系統(tǒng)的氣體出口與抽真空系統(tǒng)的氣體進(jìn)口連接，注液系統(tǒng)的液體出口與可視化加載釜體系統(tǒng)的液體進(jìn)口連接，成像測(cè)試系統(tǒng)設(shè)置在可視化加載釜體系統(tǒng)的一側(cè)并朝向可視化加載釜體系統(tǒng)拍攝，充甲烷系統(tǒng)、充氦氣標(biāo)定系統(tǒng)、可視化加載釜體系統(tǒng)和成像測(cè)試系統(tǒng)的部分構(gòu)件均設(shè)在恒溫系統(tǒng)的內(nèi)部；

（二）、制備煤樣，并將制備好的煤樣放置到可視化加載釜體系統(tǒng)內(nèi)；

（三）、對(duì)基于高壓承載條件下煤體接觸角測(cè)試裝置進(jìn)行氣密性測(cè)試；

（四）、通過(guò)可視化加載釜體系統(tǒng)對(duì)煤樣進(jìn)行擠壓加載至設(shè)定的加載應(yīng)力，相似模擬煤層承載應(yīng)力；

（五）、通過(guò)充氦氣標(biāo)定系統(tǒng)標(biāo)定充氦氣標(biāo)定系統(tǒng)、充甲烷系統(tǒng)、注液系統(tǒng)和可視化加載釜體系統(tǒng)之間的死體積；

（六）、充甲烷系統(tǒng)向可視化加載釜體系統(tǒng)內(nèi)充入甲烷，使煤樣吸附甲烷，直至達(dá)到吸附平衡，完成相似模擬煤層實(shí)際賦存條件，計(jì)算達(dá)到吸附平衡時(shí)煤樣的吸附瓦斯量；

（七）、注液系統(tǒng)向可視化加載釜體系統(tǒng)內(nèi)滴入蒸餾水或改性水至煤樣上，通過(guò)成像測(cè)試系統(tǒng)測(cè)得含瓦斯煤與蒸餾水或改性水的接觸角；

（八）、測(cè)試結(jié)束后，對(duì)煤樣進(jìn)行卸載，并將煤樣從可視化加載釜體系統(tǒng)內(nèi)取出；