负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103776722 A (43)申请公布日 2014.05.07 CN 103776722 A (21)申请号 201310749357.5 (22)申请日 2013.12.31 G01N 7/00(2006.01) G01N 5/00(2006.01) G01N 1/08(2006.01) (71)申请人 河南理工大学 地址 454003 河南省焦作市高新区世纪大道 2001 号 (72)发明人 肖知国 常红 李忠月 刘立果 郑立刚 孟雷庭 段振伟 陈海栋 王顺双 王鑫 (74)专利代理机构 郑州联科专利事务所 ( 普通 合伙 ) 41104 代理人 朱俊峰 时立新。

2、 (54) 发明名称 负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法 (57) 摘要 负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法， 采样 ； 瓦斯解吸量现场测定， 记录最终现场解吸 量 V2；负压环境下煤样的瓦斯解吸规律测定 ； 损失 瓦斯量推算 ： 根据测得的负压环境下煤样的瓦斯 解吸规律， 推算损失量 V1； 残存瓦斯量实验室测 定 ： 煤样在密封状态下加热并真空脱气， 测试抽 第一次脱气量V3； 再用球磨机将煤样粉碎后脱气， 确定第二次脱气量 V4， 脱气的同时进行气体成分 分析 ； 根据上述 V1、 V2、 V3和 V4， 及煤样重量 m， 即可 以确定煤层瓦斯含量 X。本发明简单易行， 尤其对 采用。

3、负压抽出式定点取样时确定瓦斯在负压环境 下解吸量及解吸规律有重要的理论价值和实际意 义， 可以大大提高测试数据的准确性和可靠性， 为 煤矿安全生产提供理论依据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 7 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103776722 A CN 103776722 A 1/2 页 2 1. 负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法， 其特征在于 ： 包括以下具体步骤， 、 采样 ： 采用负压抽出式定点取样， 称重后立即装入煤样罐中， 在采样过程中， 记录取。

4、 样开始至装罐前， 煤样在负压环境中暴露的时间 t0； 、 瓦斯解吸量现场测定 ： 煤样装入煤样罐后， 先将穿刺针头插入罐盖上的胶垫圈， 再 拧紧罐盖， 并通过针头将煤样罐与解吸仪连接， 采用传统方法测量煤样解吸瓦斯量随时间 的变化， 并记录最终现场解吸量 V2， 现场解吸完成后取出针头， 将煤样罐送至实验室进行分 析 ； 、 负压环境下煤样的瓦斯解吸规律测定 ： 通过测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律， 再根据取样时间， 对取样过程中的瓦斯损失量进行补偿 ； 利用在瓦斯含量测试地点采取的 煤样， 在实验室中使用负压解吸装置测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律 ； 、 损失瓦斯量推算 ： 根据测得的。

5、负压环境下煤样的瓦斯解吸规律， 推算取样时间t0内 的损失量 V1； 、 残存瓦斯量实验室测定 ： 在实验室中， 煤样在密封状态下加热并真空脱气， 测试抽 第一次脱气量 V3； 再用球磨机将煤样粉碎后脱气， 确定第二次脱气量 V4， 脱气的同时进行气 体成分分析， 脱气结束进行称重和工业成分分析 ； 、 根据上述 V1、 V2、 V3和 V4， 及煤样重量 m， 最后采取计算方法， 即可以确定煤层瓦斯含 量 X0。 2. 根据权利要求 1 所述的负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法， 其特征在于 ： 所 述负压解吸装置包括甲烷钢瓶、 抽气泵、 充气罐、 恒温水浴、 煤样罐、 真空泵、 顶部敞口。

6、的储 水容器、 量筒、 密闭容器和玻璃管， 储水容器内盛装有水， 玻璃管竖直设置， 玻璃管的下端伸 入到储水容器内的水面下， 玻璃管的上端与密闭容器固定连接， 密闭容器通过真空管与真 空泵连接， 煤样罐的出口连接有解吸管， 解吸管通过玻璃管下端向上伸入到密闭容器内， 解 吸管上设有临近煤样罐的第一压力表和第一截止阀， 储水容器上侧部设有溢流管， 溢流管 的出水口伸入到量筒内， 真空管上设有第二截止阀 ； 煤样罐放置在恒温水浴内 ； 甲烷钢瓶的出口通过第一充气管与充气罐的进口连接， 第一充气管上设有第三截止 阀， 充气罐的出口通过第二充气管与煤样罐的进气口连接， 第二充气管上设有第二压力表 和临。

7、近煤样罐的第四截止阀， 抽气泵通过抽气管与第二充气管连接， 抽气管上设有第五截 止阀， 抽气管上通过真空硅管连接有真空计。 3. 根据权利要求 2 所述的负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法， 其特征在于 ： 所 述步骤的具体操作过程为 ： 把现场采取的煤样， 保持煤样中原有成分不变， 称重后装入煤 样罐内， 把煤样罐放入恒温水浴中， 调整水浴温度为取样地点温度 ； 关闭第三截止阀和第四截止阀， 打开第五截止阀， 开启抽气泵对充气罐内进行抽真空， 通过真空计的指示将充气罐内部压力抽至 10Pa 以下， 并可确定充气罐的自由体积 ； 然后关 闭第五截止阀， 打开第三截止阀， 拧开甲烷钢瓶的阀门，。

8、 使高压甲烷气进入充气罐， 关闭第 三截止阀， 稳定后读出充气罐的压力值 P1； 缓慢地打开第四截止阀， 使充气罐中甲烷进入煤 样罐， 待煤样罐内压力达到设定压力时， 立即关闭第四截止阀， 从第二压力表读出充气罐压 力 P2、 测出室温 ， 带入已知公式 可以计算充入煤样罐内的瓦斯量 Q ； 重复对煤样罐进行充气， 直至煤样吸附甲烷至取样地 权 利 要 求 书 CN 103776722 A 2 2/2 页 3 点的煤层瓦斯压力 ； 开启第二截止阀， 然后通过真空泵抽气使水柱进入密闭容器内， 关闭第二截止阀使密 闭容器中产生负压， 负压大小通过调整玻璃管的长度进行改变， 并使储水容器内的水正好 。

9、不溢出溢流管 ； 接着当开启第一截止阀时， 煤样罐内的煤样中的瓦斯在负压环境下解吸出 来， 液面变动较小， 瓦斯在恒定负压下解吸， 解吸出来的瓦斯通过解吸管进入到密闭容器内 的水面上， 密闭容器内的压力增加， 玻璃管内水柱下降， 水被压入到储水容器内， 再通过溢 流管流入到量筒内， 量筒的水量即为瓦斯的解吸量 ； 通过上述测试可以得到煤样在负压环 境下的瓦斯解吸规律。 权 利 要 求 书 CN 103776722 A 3 1/7 页 4 负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法 技术领域 0001 本发明属于煤矿瓦斯灾害防治领域， 尤其涉及一种负压环境下取样的煤层瓦斯含 量测试方法。 背景技术 0。

10、002 我国煤与瓦斯突出灾害严重， 虽然自 2009 年起执行了 防治煤与瓦斯突出规定 ， 对煤与瓦斯突出煤层的开采提出了严格要求， 但煤与瓦斯突出灾害防治形势依然严峻， 如 2011 年从 10 月 4 日至 11 月 10 日仅 37 天内， 连续发生了 3 起重大以上的突出事故， 造成 67 人死亡， 即 ： 贵州省黔南州安平煤矿 “10.4” 事故 （死亡 14 人） 、 河南煤化焦煤九里山矿 “10.27” 事故 （死亡 18 人） 和云南省曲靖市私庄煤矿 “11.10” 事故 （死亡 35 人） 。 0003 煤层瓦斯含量测试是煤矿瓦斯灾害防治中的一项基础工作， 不但制约着矿井瓦斯。

11、 危险程度预测的准确性， 而且影响着后续瓦斯防治措施的可靠性。在我国煤与瓦斯突出灾 害防治工作中， 广泛采用预抽瓦斯的方式消除煤层的突出危险性， 但是由于预抽钻孔长度 可达百米以上， 在防突效果检验中， 测试煤层抽采后残余瓦斯含量时， 往往需要从很远的煤 体深部取煤样， 受取样方法所限， 取样时间过长， 可达半小时至 1 小时， 在取样过程中由于 煤体吸附瓦斯大量解吸， 严重影响了煤层残余瓦斯含量测值的准确性， 以致形成误判， 酿成 事故。 0004 国内外对煤层瓦斯含量的测试方法进行了深入研究， 目前我国普遍采用的煤层瓦 斯含量测定方法有地勘解吸法、 间接法和井下自然解吸法。地勘解吸法最早是。

12、 1973 年美 国矿业局提出的， 我国于良臣等人进行改进后在地质勘探部门取得广泛应用 ； 间接法利用 煤层吸附瓦斯符合单分子层吸附理论朗格缪尔方程 （Langmuir equation） 的原理， 通过测 试煤层瓦斯压力， 吸附常数 a 值、 b 值及煤的水分、 灰分、 温度等参数间接得到煤层瓦斯含量 值。井下解吸法是在地勘解吸法的基础上形成的一种煤矿井下瓦斯含量的取样测试方法， 在我国煤矿开采中广泛应用， 主要采用麻花钻杆自然排粉取样或穿层钻孔采集煤芯。在煤 样取样方法上， 地勘部门也有采用绳索取芯和保压取芯的方法， 但是由于取芯需要昂贵的 取芯和钻孔装置， 难以推广应用 ； 王兆丰等人通。

13、过在钻杆中设置取样室通过反转钻机达到 了定点取样的目的， 但受制于取样室的容积， 取样量收到了限制。 纵观目前的煤层瓦斯含量 测试方法， 主要存在有如下不足 ： 、 取样时间长， 造成取样过程中瓦斯损失量大。由于瓦斯损失量大， 在现场解吸过程 中， 测得的瓦斯解吸量和解吸速度均偏小， 而且导致根据现场解吸量推算的瓦斯损失量偏 小， 总体会造成瓦斯含量测值比实际值低得多， 尤其是瓦斯放散速度快的煤层， 造成煤层瓦 斯含量测试值偏差更大。由于麻花钻杆取样需要钻粉沿钻孔自然排出， 钻粉从孔底到孔口 需要较长的时间 ； 而采用取芯钻头取样， 需要退钻杆后取出取芯钻头的煤样， 两种方法在取 样深度在 5。

14、0 米以上时， 往往需要半小时以上的取样时间。取出煤样中瓦斯逸散殆尽， 测定 的瓦斯解吸速度偏小， 推算的瓦斯损失量偏小， 而且由于已解吸了大量瓦斯， 在实验室中测 试的残存瓦斯量依旧偏小， 造成瓦斯含量测值与实际值相比偏小很多， 影响了瓦斯危险程 说 明 书 CN 103776722 A 4 2/7 页 5 度的客观评价和后续选取可靠的防治措施。 0005 、 难以做到真正的定点取样， 麻花钻杆取样钻粉混样严重， 与定点取样要求差距 很大， 很难分清煤样的来源 ； 而采用钻杆中设置取样室反转钻机取样， 虽可以做到定点取 样， 但受制于取样室的容积， 取样量受到限制 ； 取芯钻头虽可以定点取样。

15、， 且取样量较大， 但 由于退钻杆时间过长， 影响了煤层瓦斯含量测试的准度， 也不是理想的定点取样方法。 0006 、 在对取出的煤样的瓦斯解吸量的测试方法繁琐， 测试数据准确度较低。 发明内容 0007 本发明为了解决现有技术中的不足之处， 提供一种安全可靠、 简单易行、 测试数据 精准的负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法。 0008 为解决上述技术问题， 本发明采用如下技术方案 ： 负压环境下取样的煤层瓦斯含 量测试方法， 包括以下具体步骤 ： 、 采样 ： 采用负压抽出式定点取样， 称重后立即装入煤样罐中， 在采样过程中， 记录取 样开始至装罐前， 煤样在负压环境中暴露的时间 t0； 。

16、、 瓦斯解吸量现场测定 ： 煤样装入煤样罐后， 先将穿刺针头插入罐盖上的胶垫圈， 再 拧紧罐盖， 并通过针头将煤样罐与解吸仪连接， 采用传统方法测量煤样解吸瓦斯量随时间 的变化， 并记录最终现场解吸量 V2， 现场解吸完成后取出针头， 将煤样罐送至实验室进行分 析 ； 、 负压环境下煤样的瓦斯解吸规律测定 ： 通过测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律， 再根据取样时间， 对取样过程中的瓦斯损失量进行补偿 ； 利用在瓦斯含量测试地点采取的 煤样， 在实验室中使用负压解吸装置测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律 ； 、 损失瓦斯量推算 ： 根据测得的负压环境下煤样的瓦斯解吸规律， 推算取样时间t0内 的损。

17、失量 V1； 、 残存瓦斯量实验室测定 ： 在实验室中， 煤样在密封状态下加热并真空脱气， 测试抽 第一次脱气量 V3； 再用球磨机将煤样粉碎后脱气， 确定第二次脱气量 V4， 脱气的同时进行气 体成分分析， 脱气结束进行称重和工业成分分析 ； 、 根据上述 V1、 V2、 V3和 V4， 及煤样重量 m， 最后采取计算方法， 即可以确定煤层瓦斯含 量 X0。 0009 所述负压解吸装置包括甲烷钢瓶、 抽气泵、 充气罐、 恒温水浴、 煤样罐、 真空泵、 顶 部敞口的储水容器、 量筒、 密闭容器和玻璃管， 储水容器内盛装有水， 玻璃管竖直设置， 玻璃 管的下端伸入到储水容器内的水面下， 玻璃管的。

18、上端与密闭容器固定连接， 密闭容器通过 真空管与真空泵连接， 煤样罐的出口连接有解吸管， 解吸管通过玻璃管下端向上伸入到密 闭容器内， 解吸管上设有临近煤样罐的第一压力表和第一截止阀， 储水容器上侧部设有溢 流管， 溢流管的出水口伸入到量筒内， 真空管上设有第二截止阀 ； 煤样罐放置在恒温水浴 内 ； 甲烷钢瓶的出口通过第一充气管与充气罐的进口连接， 第一充气管上设有第三截止 阀， 充气罐的出口通过第二充气管与煤样罐的进气口连接， 第二充气管上设有第二压力表 和临近煤样罐的第四截止阀， 抽气泵通过抽气管与第二充气管连接， 抽气管上设有第五截 止阀， 抽气管上通过真空硅管连接有真空计。 说 明 。

19、书 CN 103776722 A 5 3/7 页 6 0010 所述步骤的具体操作过程为 ： 把现场采取的煤样， 保持煤样中原有成分不变， 称 重后装入煤样罐内， 把煤样罐放入恒温水浴中， 调整水浴温度为取样地点温度 ； 关闭第三截止阀和第四截止阀， 打开第五截止阀， 开启抽气泵对充气罐内进行抽真空， 通过真空计的指示将充气罐内部压力抽至 10Pa 以下， 并可确定充气罐的自由体积 ； 然后关 闭第五截止阀， 打开第三截止阀， 拧开甲烷钢瓶的阀门， 使高压甲烷气进入充气罐， 关闭第 三截止阀， 稳定后读出充气罐的压力值 P1； 缓慢地打开第四截止阀， 使充气罐中甲烷进入煤 样罐， 待煤样罐内压。

20、力达到设定压力时， 立即关闭第四截止阀， 从第二压力表读出充气罐压 力 P2、 测出室温 ， 带入已知公式 可以计算充入煤样罐内的瓦斯量 Q ； 重复对煤样罐进行充气， 直至煤样吸附甲烷至取样地 点的煤层瓦斯压力 ； 开启第二截止阀， 然后通过真空泵抽气使水柱进入密闭容器内， 关闭第二截止阀使密 闭容器中产生负压， 负压大小通过调整玻璃管的长度进行改变， 并使储水容器内的水正好 不溢出溢流管 ； 接着当开启第一截止阀时， 煤样罐内的煤样中的瓦斯在负压环境下解吸出 来， 液面变动较小， 瓦斯在恒定负压下解吸， 解吸出来的瓦斯通过解吸管进入到密闭容器内 的水面上， 密闭容器内的压力增加， 玻璃管内。

21、水柱下降， 水被压入到储水容器内， 再通过溢 流管流入到量筒内， 量筒的水量即为瓦斯的解吸量 ； 通过上述测试可以得到煤样在负压环 境下的瓦斯解吸规律。 0011 采用上述技术方案， 步骤中的采样即为负压抽出式煤层瓦斯含量定点取样， 负 压抽出式煤层瓦斯含量定点取样方法， 包括以下具体步骤 ： （1） 、 选取合适的煤层测试位置， 布置钻孔装置进行钻孔作业， 并在钻孔装置旁边布置 负压抽取装置 ； （2） 、 在钻进过程中采用压风从钻杆内部送至孔底， 将钻屑由孔壁与钻杆间的缝隙吹 出 ； （3） 、 当钻孔钻到预定的采样深度后， 停止推进， 用压风吹净孔内残存的煤屑 ； （4） 、 将负压抽取。

22、装置的取样管与钻孔装置的钻杆连接 ； （5） 、 然后继续钻进， 同时开启负压抽取装置， 负压将钻头切削下的新鲜煤屑通过钻头、 钻杆的内部孔隙、 取样管进入专用煤样采集器中 ； （6） 、 当煤样采集量达到要求后， 即可将钻孔装置和负压抽取装置停止作业， 并记录负 压第一压力表读数、 大气压力和温度。 0012 所述钻孔装置包括钻机、 钻杆、 钻头、 压风管路、 进风管和进风阀门， 钻机的动力输 出端与钻杆外端连接， 最内端的一根钻杆的内端与钻头连接， 钻机的进风口通过进风管与 压风管路连接， 进风阀门设有进风管上。 0013 所述负压抽取装置包括煤样采集器、 取样管、 连接管、 负压第一压力。

23、表和抽取阀 门， 取样管的进口与最外端的一根钻杆连接， 取样管的出口与煤样采集器的进口连接， 煤样 采集器的出口与连接管的进口连接， 负压第一压力表和抽取阀门均设在连接管上。 0014 所述煤样采集器包括支架和储料容器， 储料容器上部两侧分别与取样管和连接管 连接， 储料容器上设有透明观察窗， 储料容器下端设有卸料管， 卸料管上设有取样阀门 ； 通 过透明观察窗看， 当煤样采集量达到要求后， 即可停止采样， 打开取样阀门， 从储料容器中 放出煤样进入煤样罐中， 之后可以进行瓦斯含量测试的现场解吸工作。 说 明 书 CN 103776722 A 6 4/7 页 7 0015 所述连接管的出口设有。

24、射流引射器或负压泵。 0016 所述连接管的出口与煤矿井下的瓦斯抽采管路连接。 0017 本发明采用专用煤样采集器与改造后的专用风动钻机、 钻头和专用中空钻杆配套 使用， 开发出负压抽出式定点取样装置。 当取样钻孔打到预定位置后， 改变原来的压风排粉 方式为负压抽出式排粉， 利用专用煤样采集器采集煤样。本发明不仅可以做到定点取样， 而且可以缩短取样时间， 取样可以在数秒内完成， 煤样中瓦斯损失量小， 大大提高了采样效 率， 取样工作与打钻可以同步连续进行， 安全可靠， 不需要退钻杆。 0018 在有瓦斯抽采管路的矿井可以利用瓦斯抽采管路的负压， 没有瓦斯抽采管路的矿 井需要采用射流引射器或者负。

25、压泵作为产生负压抽取煤样的动力。 采样过程可在几十秒钟 内完成， 大大提高了采样效率。 0019 取样深度与钻孔倾角、 负压大小等密切相关， 钻孔仰角和负压越大， 取样深度越 大， 钻孔俯角越大， 抽采管路负压越小， 取样深度越小。当负压为 0.5MPa 时， 水平钻孔取样 深度不小于 40 m， 大于 15仰角钻孔取样深度不小于 60m， 15俯角钻孔取样深度不小于 20 m。 0020 由于煤样采用负压抽出式进行取样， 虽然缩短了取样时间， 但由于所采煤样在负 压环境中， 与传统瓦斯含量煤样处于大气压力环境下不同， 需要对负压环境下瓦斯解吸规 律进行研究， 由于煤样在负压中的瓦斯解吸规律与。

26、大气压的解吸规律仅仅是气压不同， 解 吸规律是相似的。因此， 可以通过测试负压环境下瓦斯解吸规律， 再根据取样时间， 对取样 过程中瓦斯损失量进行推算， 对取样过程中的瓦斯损失量进行补偿。 0021 本发明的方法简单易行， 对采用负压抽出式定点取样时确定瓦斯在负压环境下解 吸量及解吸规律有重要的理论价值和实际意义， 尤其对瓦斯在负压环境下的解吸规律， 这 样可以大大提高数据的准确性和可靠性， 为煤矿的安全生产提供理论依据。 附图说明 0022 图 1 是本发明中负压解吸装置的结构示意图 ； 图 2 是采样时所使用的钻孔装置和负压抽取装置的一种结构示意图 ； 图 3 是图 2 中煤样采集器的结构。

27、示意图 ； 图 4 是采样时所使用的钻孔装置和负压抽取装置的另一种结构示意图。 具体实施方式 0023 本发明的负压环境下取样的煤层瓦斯含量测试方法， 包括以下步骤 ： 、 采样 ： 采用负压抽出式定点取样， 取样 300 400g 立即装入煤样罐中， 在采样过程 中， 注意记录取样开始至装罐前， 煤样在负压环境中暴露的时间 t0； 、 瓦斯解吸量现场测定 ： 煤样装入煤样罐后， 先将穿刺针头插入罐盖上的胶垫圈， 再 拧紧罐盖， 并通过针头将煤样罐与解吸仪连接， 采用传统方法测量煤样解吸瓦斯量随时间 的变化， 记录最终现场解吸量 V2， 现场解吸完成后取出针头， 将煤样罐送至实验室进行分 析 。

28、； 、 负压环境下煤样的瓦斯解吸规律测定 ： 通过测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律， 再根据取样时间， 对取样过程中的瓦斯损失量进行补偿 ； 利用在瓦斯含量测试地点采取的 说 明 书 CN 103776722 A 7 5/7 页 8 煤样， 在实验室中使用负压解吸装置测试负压环境下煤样的瓦斯解吸规律 ； 、 损失瓦斯量推算 ： 根据测得的负压环境下煤样的瓦斯解吸规律， 推算取样时间t0内 的损失量 V1； 、 残存瓦斯量实验室测定 ： 在实验室中， 煤样在密封状态下加热 （95） 真空脱气， 测 试抽第一次脱气量V3； 再用球磨机粉碎后脱气， 确定第二次脱气量V4。 脱气同时进行气体成 分分析。

29、， 脱气结束进行称重和工业成分分析 ； 、 根据上述 V1、 V2、 V3和 V4， 及煤样重量 m， 最后采取计算方法 （计算公式为已知） ， 即可 以确定煤层瓦斯含量 X0。 0024 负压解吸装置如图 1 所示， 包括甲烷钢瓶 33、 抽气泵 34、 充气罐 35、 恒温水浴 36、 煤样罐20、 真空泵21、 顶部敞口的储水容器22、 量筒23、 密闭容器24和玻璃管25， 储水容器 22 内盛装有水 26， 玻璃管 25 竖直设置， 玻璃管 25 的下端伸入到储水容器 22 内的水面下， 玻璃管 25 的上端与密闭容器 24 固定连接， 密闭容器 24 通过真空管 27 与真空泵 2。

30、1 连接， 煤样罐 20 的出口连接有解吸管 28， 解吸管 28 通过玻璃管 25 下端向上伸入到密闭容器 24 内， 解吸管28上设有临近煤样罐20的第一压力表29和第一截止阀30， 储水容器22上侧部 设有溢流管 32， 溢流管 32 的出水口伸入到量筒 23 内， 真空管 27 上设有第二截止阀 31 ； 煤 样罐放置在恒温水浴 36 内。 0025 甲烷钢瓶 33 的出口通过第一充气管 37 与充气罐 35 的进口连接， 第一充气管 37 上设有第三截止阀 38， 充气罐 35 的出口通过第二充气管 39 与煤样罐 20 的进气口连接， 第 二充气管 39 上设有第二压力表 45 和。

31、临近煤样罐 20 的第四截止阀 40， 抽气泵 34 通过抽气 管 41 与第二充气管 39 连接， 抽气管 41 上设有第五截止阀 42， 抽气管 41 上通过真空硅管 43 连接有真空计 44。 0026 步骤的具体操作过程为 ： 把现场采取的煤样， 保持煤样中原有成分不变， 称重后 装入煤样罐20内， 把煤样罐20放入恒温水浴36中， 调整水浴温度为取样地点温度 ； 上述负 压环境下负压解吸装置连接后， 进行负压环境下煤样的瓦斯解吸规律测试。 0027 首先， 关闭第三截止阀 38 和第四截止阀 40， 打开第五截止阀 42， 开启抽气泵 34 对 充气罐 35 内进行抽真空， 通过真空。

32、计 44 的指示将充气罐 35 内部压力抽至 10Pa 以下， 并可 确定充气罐 35 的自由体积 ； 然后关闭第五截止阀 42， 打开第三截止阀 38， 拧开甲烷钢瓶 33 的阀门2， 使高压甲烷气进入充气罐35， 关闭第三截止阀38， 稳定后读出充气罐35的压力值 P1； 缓慢地打开第四截止阀 40， 使充气罐 35 中甲烷进入煤样罐 20， 待煤样罐 20 内压力达到 设定压力 （预计的瓦斯压力值， 即通过瓦斯赋存规律的预测值） 时， 立即关闭第四截止阀 40， 从第二压力表45读出充气罐35压力P2、 测出室温， 带入已知的公式可以计算充入煤样罐 20 内的瓦斯量 Q ； 重复对煤样罐。

33、进行充气， 直至煤样吸附甲烷至取样地点的煤层瓦斯压力 （瓦斯压力可以根据测试地点瓦斯赋存规律进行估算） ， 瓦斯量 Q 即是对煤样中损失的瓦斯 损失量的补偿。 0028 测试通过一个储水容器 22 和玻璃管 25 进行， 通过真空泵 21 抽气使水柱进入密闭 容器21内， 关闭第二截止阀9使密闭容器21中产生负压， 负压大小可以通过调整玻璃管25 的长度进行改变， 并使储水容器 22 内的水 26 正好不溢出溢流管 32， 1 米玻璃管 25 可以产 生约 10kPa 的负压， 密闭容器 24 的直径为 20cm， 高度 20cm， 容积 6280mL， 煤体的瓦斯含量 假定为10m3/t， 。

34、100g试验煤样的全部解吸后的标准体积为1000mL， 因此， 当开启第一截止阀 说 明 书 CN 103776722 A 8 6/7 页 9 30 时， 煤样罐 20 内的煤样中的瓦斯在负压环境下解吸出来， 液面变动较小， 瓦斯基本上在 恒定负压下解吸， 解吸出来的瓦斯通过解吸管28进入到密闭容器24内的水面上， 密闭容器 24内的压力增加， 玻璃管25内水柱下降， 水被压入到储水容器22内， 再通过溢流管32流入 到量筒 23 内， 量筒 23 的水量即为瓦斯的解吸量。通过测试可以得到煤样在负压环境下的 瓦斯解吸规律。 0029 上述实施例并非对本发明的技术方案等作任何形式上的限制， 凡是。

35、依据本发明的 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均属于本发明技术方案的 保护范围。 0030 另外， 步骤中的采样即为负压抽出式煤层瓦斯含量定点取样， 负压抽出式煤层 瓦斯含量定点取样方法具有以下两种实施例。 0031 实施例一， 如图 2 和图 3 所示， 负压抽出式煤层瓦斯含量定点取样方法， 包括以下 具体步骤 ： （1） 、 选取合适的煤层 1 测试位置， 布置钻孔装置进行钻孔作业， 并在钻孔装置旁边布 置负压抽取装置 ； （2） 、 在钻进过程中采用压风从钻杆 3 内部送至孔底， 将钻屑由孔壁与钻杆 3 间的缝隙 吹出 ； （3） 、 当钻孔钻到预定的采样深度。

36、后， 停止推进， 用压风吹净孔内残存的煤屑 ； （4） 、 将负压抽取装置的取样管 13 与钻孔装置的钻杆 3 连接 ； （5） 、 然后继续钻进， 同时开启负压抽取装置， 负压将钻头 2 切削下的新鲜煤屑通过钻 头 2、 钻杆 3 的内部孔隙、 取样管 13 进入专用煤样采集器 5 中 ； （6） 、 当煤样采集量达到要求后， 即可将钻孔装置和负压抽取装置停止作业， 并记录负 压第一压力表 7 读数、 大气压力和温度。 0032 钻孔装置包括钻机 4、 钻杆 3、 钻头 2、 压风管路 11、 进风管 14 和进风阀门 10， 钻机 4 的动力输出端与钻杆 3 外端连接， 最内端的一根钻杆 。

37、3 的内端与钻头 2 连接， 钻机 4 的进 风口通过进风管 14 与压风管路 11 连接， 进风阀门 10 设有进风管 14 上。 0033 负压抽取装置包括煤样采集器5、 取样管13、 连接管8、 负压第一压力表7和抽取阀 门 6， 取样管 13 的进口与最外端的一根钻杆 3 连接， 取样管 13 的出口与煤样采集器 5 的进 口连接， 煤样采集器 5 的出口与连接管 8 的进口连接， 负压第一压力表 7 和抽取阀门 6 均设 在连接管 8 上。 0034 煤样采集器 5 包括支架 15 和储料容器 16， 储料容器 16 上部两侧分别与取样管 13 和连接管 8 连接， 储料容器 16 。

38、上设有透明观察窗 17， 储料容器 16 下端设有卸料管 18， 卸 料管 18 上设有取样阀门 19 ； 通过透明观察窗 17 看， 当煤样采集量达到要求后， 即可停止采 样， 打开取样阀门 19， 从储料容器 16 中放出煤样进入煤样罐中， 之后可以进行瓦斯含量测 试的现场解吸工作。同时剩余煤样装入专用取样袋， 送入实验室进行负压环境下瓦斯解吸 特性测试。 0035 连接管 8 的出口与煤矿井下的瓦斯抽采管路 9 连接。 0036 本发明采用专用煤样采集器5与改造后的专用风动钻机4、 钻头2和专用中空钻杆 3 配套使用， 开发出负压抽出式定点取样装置。当取样钻孔打到预定位置后， 改变原来的。

39、压 风排粉方式为负压抽出式排粉， 利用专用煤样采集器 5 采集煤样。本发明不仅可以做到定 说 明 书 CN 103776722 A 9 7/7 页 10 点取样， 而且可以缩短取样时间， 取样可以在数秒内完成， 煤样中瓦斯损失量小， 大大提高 了采样效率， 取样工作与打钻可以同步连续进行， 安全可靠， 不需要退钻杆 3。 0037 取样深度与钻孔倾角、 负压大小等密切相关， 钻孔仰角和负压越大， 取样深度越 大， 钻孔俯角越大， 抽采管路负压越小， 取样深度越小。当负压为 0.5MPa 时， 水平钻孔取样 深度不小于 40 m， 大于 15仰角钻孔取样深度不小于 60m， 15俯角钻孔取样深度。

40、不小于 20 m。 0038 实施例二， 如图 4 所示， 该实施例与实施例一的不同之处在于 ： 连接管 8 的出口设 有射流引射器或负压泵 12。 0039 在有瓦斯抽采管路9的矿井可以利用瓦斯抽采管路9的负压， 没有瓦斯抽采管路9 的矿井需要采用射流引射器或负压泵 12 作为产生负压抽取煤样的动力。采样过程可在几 十秒钟内完成， 大大提高了采样效率。 说 明 书 CN 103776722 A 10 1/4 页 11 图 1 说 明 书 附 图 CN 103776722 A 11 2/4 页 12 图 2 说 明 书 附 图 CN 103776722 A 12 3/4 页 13 图 3 说 明 书 附 图 CN 103776722 A 13 4/4 页 14 图 4 说 明 书 附 图 CN 103776722 A 14 。