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本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)的測定原理、測定儀器、測定步驟和結(jié)果表述。
本標(biāo)準(zhǔn)適用于實驗室和現(xiàn)場測定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)為和Δh2。
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GB/T 212 煤的工業(yè)分析方法
MT 38 煤和巖石物理力學(xué)性質(zhì)測定的采樣一般規(guī)定
下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。
3.1
鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) K1 gas desorption index （K1 ） of drill cuttings
預(yù)測煤層突出危險性的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)之一。綜合反映煤層瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小，用特定儀器測定鉆屑試樣在卸壓初期一段時間（5 mm）瓦斯解吸曲線的斜率表示，單位為 cm3/g ? min1/2。
3.2
鉆屑瓦斯解吸指標(biāo) Δh2 gas desorpton index （Δh2） of drill cuttings
預(yù)測煤層突出危險性的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)之一。綜合反映煤層的瓦斯含量及卸壓初期瓦斯解吸速度的大小，用特定儀器測定鉆屑試樣在卸壓初期一段時間（2 mm）瓦斯解吸而產(chǎn)生的壓力差表示，單位 為Pa。
將含瓦斯煤樣瞬間暴露于大氣中或類似于大氣環(huán)境條件的儀器中，根據(jù)等容或變?nèi)葑儔航馕?測定煤樣在不同時間段的瓦斯解吸量或不同時刻的瓦斯解吸速度，然后根據(jù)測定數(shù)據(jù)與煤樣暴露時間 的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)處理，得出鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)。
5.1 實驗室測定儀器、設(shè)備
a）按圖1所示實驗系統(tǒng)測定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)；
b）采用等容或變?nèi)葑儔航馕淼碾娮踊蛭锢頊y量儀器，簡稱瓦斯解吸儀。等容式瓦斯解吸儀 （測定Ki）壓力范圍0 kPa?10 kPa,誤差±2% ;變?nèi)葑儔菏酵咚菇馕鼉x（測定Δh2）壓力范圍 0 kPa?3 kPa,誤差±2%。瓦斯解吸儀還應(yīng)符合附錄A的使用條件；
c）真空泵，流量為1 000 cm3/s,極限真空不大于0.1 Pa；
d）閥門，公稱壓力應(yīng)不小于16 MPa；
e）煤樣罐容積300 cm3,煤樣杯容積8.6 cm3 （壁厚應(yīng)不超過2 mm）,連接管路空間容積30 cm3,容積誤差應(yīng)不超過±5% ；
f）煤樣罐應(yīng)能承受6 MPa的氣體壓力，承受4 MPa氣體壓力時，在煤樣罐中不盛裝試驗樣品的 情況下，30 h內(nèi)壓力下降應(yīng)小于1% ;
g）壓力表量程6 MPa,準(zhǔn)確度0.4級；
h）試驗氣體甲烷，濃度不小于99.9% ；
i） 天平，感量0.1 g。
1——高壓甲烷瓶；
2——減壓閥；
3、6、7——高壓三通閥；
4——壓力表；
5——煤樣罐；
8——瓦斯解吸儀；
9——真空泵；
10——煤樣杯；
a、b、c——三通閥的三個通路
圖1 測定鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)實驗系統(tǒng)示意圖
5.2 現(xiàn)場測定儀器、設(shè)備
a）瓦斯解吸儀，同5.1要求；
b）采用等容式瓦斯解吸儀時，需要與之配套的煤樣罐、煤樣杯;采用變?nèi)葑儔菏酵咚菇馕鼉x時，需 要與之配套的煤樣杯；
c）分樣篩，孔徑1 mm、3 mm；
d）秒表；
e）采用等容式瓦斯解吸儀時，需要煤樣罐與瓦斯解吸儀連接的硅膠管，硅膠管外徑10 mm,內(nèi)徑 4 mm,長 30 cm。
6.1 采樣和制樣
a）采樣方法按MT 38的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行；
b）制取試驗煤樣質(zhì)量20g,粒徑1mm?3mm。
6.2 測定前的準(zhǔn)備工作
6.2.1 系統(tǒng)各部件組裝后，要嚴(yán)格檢查系統(tǒng)氣密性，旋轉(zhuǎn)閥3—a通減壓閥，閥3-b通煤樣罐，閥3—c 通閥6 ,閥7—a通閥6 ,閥7—b關(guān)閉，閥7—c關(guān)閉，閥6—a通閥3 ,閥6-b通閥7 ,閥6—c關(guān)閉。緩慢 打開閥2,充入L5MPa壓力的氣體后立刻關(guān)閉閥門2,放置12 h,壓力表讀數(shù)下降小于0.IMPa合格。
6.2.2 儀器檢修后應(yīng)重新檢查系統(tǒng)氣密性。
6.3 測定步驟
6.3.1 將盛裝5 g?10 g煤樣的煤樣杯置于煤樣罐中，蓋嚴(yán)煤樣罐蓋后關(guān)閉閥3—a,使閥6—a與6—b 連通，閥7—a通大氣，啟動真空泵，旋轉(zhuǎn)閥7—a通真空泵，緩慢打開閥3—b、3—c對煤樣脫氣。脫氣 2 h后關(guān)閉閥3—c、旋轉(zhuǎn)閥7—a通大氣，停真空泵。
6.3.2 緩慢打開閥2,待連接管路中充入一定量氣體后立即關(guān)閉閥2,再緩慢打開閥3—a給煤樣罐充 氣，直至壓力表4讀數(shù)約為預(yù)定吸附壓力值的110%時關(guān)閉閥3—a。若一次充氣達(dá)不到預(yù)定吸附壓力 值，則重復(fù)開啟閥2、3—a充氣，直至壓力值達(dá)到預(yù)定值為止。注意閥2和閥3—a不允許同時打開。
6.3.3 待煤樣吸附氣體24 h后記錄壓力表4讀數(shù)作為煤樣的吸附平衡壓力P,確認(rèn)閥6—a與6—b 連通、閥7—a通大氣后準(zhǔn)備好瓦斯解吸儀，打開閥3—c的同時啟動秒表記錄時間。當(dāng)秒表計時到預(yù)定 時間小轉(zhuǎn)動閥6使閥6—a與瓦斯解吸儀連通，同時啟動瓦斯解吸儀，每間隔ii時間讀一次數(shù)，總讀數(shù) 時間為 i2。測定 Ki 指標(biāo)時，io = 1 min,ii =0.5 min,)2 = 5 min；測定△”?指標(biāo)時，io = 3 min,ii=2 min, i2 =2 min。
6.3.4 研究煤樣干燥無灰基的瓦斯解吸指標(biāo)時，應(yīng)對煤樣進(jìn)行水分、灰分含量測定，測定方法按 GB/T 212的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。
6.3.5 研究煤樣天然水分含量對瓦斯吸附和解吸特性的影響時，在制樣前應(yīng)對煤樣增加適量水分，并 測定處理后煤樣的水分含量，然后再進(jìn)行鉆屑瓦斯解吸試驗。
6.3.6 模擬研究煤礦井下濕式打鉆的鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)變化情況時，應(yīng)按6.3.1,6.3.2的規(guī)定對煤樣進(jìn)行脫氣和吸附。待吸附24 h后記錄壓力表4讀數(shù)作為吸附平衡壓力P,將閥6—a與6—b連通、閥 7—a通大氣，在打開閥3—c的同時啟動秒表記錄時間，待煤樣罐中高壓氣放完后迅速打開煤樣罐取出 煤樣杯浸沒于水中1 mn,測定K1指標(biāo)時d=3 mm,其他測試工藝同6.3.3。
6.3.7 記錄實驗室解吸測定時的環(huán)境溫度T。
6.4 結(jié)果表述
6.4.1 當(dāng)采用等容瓦斯解吸儀或變?nèi)葑儔和咚菇馕鼉x測定時，儀器讀數(shù)為壓力值，需要根據(jù)儀器提供的系數(shù)將壓力值換算成解吸量，換算公式為：
Qi = (a×Pi+b)/G …………………………( 1 )
i = 1,2,3,…，10
式中：
Qi——對應(yīng)第i個讀數(shù)的單位質(zhì)量煤樣瓦斯解吸量，cm3/g；
a,b——儀器提供的換算系數(shù)；
Pi——第i個壓力值讀數(shù)，Pa；
G——煤樣質(zhì)量，g。
6.4.2 煤樣暴露時間i按式(2)計算：
ti = t0 +0.5×i …………………………( 2 )
式中：
ti——煤樣自放氣開始至測量第i個數(shù)據(jù)時的暴露時間，mm；
t0——煤樣自放氣開始至啟動瓦斯解吸儀時的暴露時間，mm。
6.4.3 鉆屑瓦斯解吸指標(biāo)K1的計算：
煤樣的瓦斯解吸規(guī)律服從關(guān)系式(3)：
式中：
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