DGC型瓦斯含量直接测定装置技术原理、组成及操作方法(培训版)

煤样总重G及
关闭煤样筒 地面实验室 二次煤样G1 二次煤
阀门升井 常压解吸 、G2称量
样粉碎
煤样处于原始 赋存状态未解吸
孔底暴露煤 样解吸时间t1
取样过程煤样 煤样完全暴露 井下及时进 解吸时间t2 解吸时间t3 行30min解吸
井下解吸瓦 地面解吸瓦 斯含量W21 斯含量W22
孔底煤样 开始暴露
煤样逐渐剥 落并暴露
❖ 煤样保存
制样粉碎机
4.5 水分测定系统
❖ 用途：采用水力排渣时煤样被水打湿，质量增加，采用水 分测定仪对混入水分进行校正
❖ 取样
当采用水力排渣时，应在钻孔附近煤壁采用刻槽法采取煤样100g左右 用于煤样原始水分测定。
❖ 注意事项（精密仪器、加热时间不宜太长、易损件、不清 晰等）
水分快速测定仪
1前 言
简介
DGC型瓦斯含量直接测定装置是用于煤层瓦斯含量、可解 吸瓦斯含量测定的成套实验装备，分为井下部分和地面 部分，地面需建立专门的实验室。
瓦斯含量 定义
在自然条件下（一般指标准状况下），单位质量或单位 体积煤体中所含有的瓦斯量，单位为m³/t或m³/m³。
技术来源
DGC型瓦斯含量直接测定装置是我国“十五”、“十一五 ”等系列科技攻关成果，由煤炭科学研究总院重庆研究 院研制并具有完全自主知识产权。经鉴定达到了国际领 先水平，申请专利5项，制定行业标准1项、国家标准1项 。
❖ 设计体积测定的步骤，一定要事前进行气密性检验，且要 测定环境温度和大气压力；
❖ 粉碎机料钵使用寿命有限，当损坏时要及时更换。
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煤样完全暴 露于空气中
损失瓦斯含量W1
煤样封入 密封装置
粉碎前自然解 吸瓦斯含量W2
粉碎解吸瓦斯含量W3
常压吸附瓦 斯含量Wc
取样过各 程时刻
煤样解吸
时间t
煤样 状态 瓦斯含量 测定过程
瓦斯含量测定时序图
DGC装置
4.1 井下取芯及解吸系统
一、设备组成：取芯管、引射取样装置、井下解吸仪、大气 压力表、工具、秒表、机械表等。
4.6 数据处理及计算系统
❖ 粉碎前常压解吸瓦斯含量W2：标况下单位质量煤 样井下瓦斯解吸量W21与标况下单位质量煤样实 验室瓦斯解吸量W22）之和
❖ 粉碎解吸瓦斯量W3：标况下单位质量煤样粉碎解 吸瓦斯量
❖ 常压吸附瓦斯量Wc：瓦斯压力为0.1Mpa时采用 朗格缪尔方程计算得到
❖ 可解吸瓦斯含量：W可=W1+W2+W3 ❖ 瓦斯含量：W=Wc+W可
Q30+ W1=a(30+ t0)i
30个方程进行未知参数的拟合，进而得到损失瓦 斯量W1。
❖ 自主开发了DGC瓦斯含量计算软件，采用硬件加 密。计算方便、准确。
5 注意事项
❖ 产品组件中包含易损件，如玻璃管、密封圈、水分测定仪 的电珠等，操作过程要细心；
❖ 取样要严格按照相关规定来取，并且所取煤样保证是新鲜 煤样
使用方法：采用大于取芯管外径的钻头预开孔到取样位置，退出钻杆换装取
芯管到孔底后钻进取样；在取样过程中需记录钻机钻进到预定深度时停钻时
间、取芯开始时间、取芯结束时间和开始解吸时间，用于损失时间t计算。
使用条件及优缺点：上向孔，深度不大于50m的较硬煤层。
取样过程一定要采用压风或水进行排渣、冷却，不然煤样会因温度过高而变
取芯
取芯质量完整保质
取样方式、取样损失时间与煤样保质间的关系：取样粒径 较大（如采用取芯管取样），瓦斯解吸速度慢，可允许取 样时间（损失时间）较长；若取样粒径较小（如采用压风 引射装置取样），瓦斯解吸速度快，则要求取样时间（损 失时间）要小。这两种方式满足取样要求。
3 DGC装置组成
DGC 装置
井下取芯 井下解吸 地面瓦斯 称重 粉碎解吸 水分测定 数据处理
电子天平
4.4 煤样粉碎解吸系统
❖ 用途：粉碎二次煤样，加速解吸 ❖ 粉碎系统包括振动台、料钵、冲击块和工具 ❖ 常压粉碎解吸
（1）将地面解吸仪解吸玻璃管（1000ml组）充工作液并检测气密性； （2）将二次煤样及时倒入粉碎机料钵压紧后与地面解吸仪连接； （3）读取初值开启粉碎，粉碎至2min左右或解吸量较少时结束粉碎，读取 终值，则粉碎瓦斯解吸含量为W3； （4）连续粉碎多个煤样时应对料钵进行降温处理； （5）单次解吸超过量管量程时应换水。
九、该操作系统中可能存在的问题
（1）井下解吸量少时可提前结束，不必解吸30min； （2）对解吸速度较快煤样，后段解吸数据不可用于损失量推算； （3）当环境温度小于煤层温度时存在倒吸现象； （4）两种取样装置均存在取样一定的局限性。
4.2 地面解吸系统
❖ 地面解吸系统建立在地面实验室内，包括地面瓦斯解吸仪、 煤样筒、工具等。
❖ 来样登记 ❖ 解吸前准备工作
解吸玻璃管充工作液（饱和食盐水或自来水），进行气密性检测。
❖ 实验室常压解吸
读取初值，将解吸玻璃管与煤样筒连接，开启阀门开始解吸，当解吸到解吸 量小于5ml/min时解吸结束，地面常压解吸量为W22，立即进入下一流程；换 水情况。 W21与W22之和则为粉碎前常压瓦斯解吸量W2。
❖ 多组煤样的解吸 ❖ 注意事项（ 工作液、防治吸入真空泵、初值问题、气密
性检验、换水问题、手柄操作、倒吸现象）
4.3 称重系统
❖ 用于煤样总重量（G）称量 ❖ 称量系统包括电子天平、大煤样盆、小煤样盆、煤样勺等 ❖ 选取与整体煤样粒径像似煤样150g左右作为粉碎二次煤样
（G1、G2）称量，二次煤样粒径应小于26mm ❖ 注意事项（去皮、去除矸石等）
粉碎自然解吸瓦 斯量 （W3）
常压下不可解， 对突出没有贡献， 也无法抽采利用。
常压吸附瓦斯量 （Wc）
采用粉碎 方式加速 瓦斯解吸
DGC装置测 定技术工艺
损失瓦斯含量 （W1）：测定煤样
初始解吸速度、 损失时间，采
用瓦斯解吸模型 推算得到 。
粉碎前自然解吸瓦 斯量 （W2）：常压 下井下解吸仪测定 井下解吸量（W21）
直接法优点：克服了间接法测定费时、工程量大、受地质条件 限制等缺陷，可大量布置测定，测定速度快、准确度高（技术 方法本身。大量布点控制） 。
损失瓦斯含量 （W1）
瓦斯含量直 接法测定准 确性的关键。
包含井下常 压解吸量 （W21）和 地面常压解 吸量W22）
DGC装置技术 原理
粉碎前自然解 吸瓦斯量 （W2）
系统
系统 解吸系统 系统
系统
系统
系统
本套设备的安装主要为地面实验室的建设，地面实验室需 要面积为20m2左右的地面平房，内部需经过简单装修， 配有空调或暖气、水池、两个高度为0.8m和一个高度为 0.4m的铁质或固定试验平台。配备220V和380V电源。因 粉碎机工作过程产生一定的噪音，实验室应远离生活区或 办公区。实验室设备位置关系如下图所示。
五、煤样封装及井下解吸
（1）煤样采取出来后选取粒径较大、保质性好煤块快速装入煤样筒； （2）读取初值后快速与井下解吸仪连接开始解吸，然后每分钟记录一次读数， 直至
30min后解吸结束，关闭煤样筒阀门，井下解吸量为W21；换水情况。 （3）将解吸结束后的煤样筒浸入水桶中检测气密性。 （4）上述解吸速度、损失时间t结合解吸模型可进行损失瓦斯含量W1计算。
2 技术原理
煤煤层层瓦瓦斯斯压含力量
直接法
间接法
2
间接 法
直接 法
现场井下直接测定 煤层瓦斯压力、取 煤样（全层样）实 验室测定煤的吸附 常数、工业分析等 指标，根据朗格缪 尔方程进行瓦斯含 量的计算。
2
通过测定或推算一定 质量的煤芯（井下定 点采取）在有限时间 内所解吸出的所有瓦 斯在标况下的体积， 可得到单位质量煤芯 所解吸出的瓦斯含量， 即为煤层瓦斯含量。
质。
(2)压风引射连续定点取样装置
连续定点取芯装置原理示意图
连续定点取芯装置
与钻井配套性：与使用φ50钻杆的液压钻机配套。 使用方法：正压吹风钻进，钻进到取样深度后翻转风流方向负压取样。 取样过程钻进速度一定要慢，当出现堵塞现象时正压吹风疏通。
使用条件及优缺点：压缩空气压力0.5MPa时，水平钻孔取样深度不小于 40m、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20m。
380 电源
办公桌
办公椅
¦ ¤P、煤的坚 固性系数等 实验室
MJC实验台
排
DGC实验室设备布置及位置关系图
1、图中尺寸单位为mm； 2、该图为实验设备关系位置图 3、铺胶皮的地面指的是直接在 4、实验台高度除特别注明外均 5、实验室应配备足够多的220
4 DGC装置使用操作方法
井下取煤芯
水力排渣取样时
二、下井前的准备工作
取样装置与钻机配套性 取样设备及工具设备清点 操作人员和打钻人员安排 相关记录表格准备
三、井下准备工作
井下解吸仪充工作液及检漏 煤样筒盖子阀门开启准备等
井下装置
四、定点取样
定
取芯管取样
点
取
样
装
压风引射取样
备
（1）取芯管取样装置
单层取芯管
双层取芯管外形
钻机配套性：与φ50钻杆配套，仅提供取芯管。
W1详细计算过程：设损失时间为t0，4min时开始解 吸，损失瓦斯含量为W1，5min时解吸量为Q1、 6min时解吸量为Q2、 7min时解吸量为Q3、…… 、 34min时解吸量为Q30
则：Q1+ W1=a(1+ t0)i
Q2+ W1=a(2+ t0)i
Q3+ W1=a(3+ t0)i
……
……
220 电源
实验台 （放置 称重系 统、水 分测定 系统等 ）
解吸实验 台（高度 为400mm）
铺胶皮 的地面（ 放置粉 380 碎机）
电源
门门
DGC实验室
220 电源
办公 桌及 数据 处理 系统
220 电源
工
工
具
业
柜
分
析
实
验
文
台
件
柜
380 电源
铺设铁皮的桌
水
子（铁皮厚度
空调
槽
不小于5mm）
排气扇
六、多组煤样的采取与解吸
七、井下需记录内容
取芯时间、取芯位置、取芯人员、钻孔信息、煤样粒度大小描述（五类）。
八、注意事项
尽可能地减少取样时间；如实反映打钻过程中的喷孔、顶钻、排粉等情况；本次井 下解吸系统操作过程中一定要注意煤样筒的气密性和井下解吸仪的防漏水性；煤 样筒在升井到达实验室直至实验室解吸开始过程中一定确保阀门处于关闭状态； 正确使用每个仪器，防止仪器损坏或丢失；多个煤样筒升井及运输时避免相互碰 撞而导致阀门松动漏气。
用途
直接、准确测定煤层瓦斯含量，用于矿井采掘部署、开 拓延伸设计、煤层瓦斯赋存规律研究、瓦斯涌出量预测 、瓦斯抽采效果评价、煤层气资源评价、突出危险性区 域预测及区域验证等方面。
依据
由煤炭科学研究总院重庆研究院和沈阳研究院共同 制定的国家标准《煤层瓦斯含量井下直接测定方法 》（GB/T 23250-2009）。
煤壁上刻槽法采取煤样
井下测定30min煤 芯瓦斯解吸量W21
地面测定煤芯瓦斯 解吸量W22
煤芯秤重、选取 二次粉碎煤样
推算
损失瓦斯含量W1
煤芯水分测定
常压吸附瓦斯 量Wc测定
粉碎前自然解 吸瓦斯量W2
修正
可解吸瓦斯含量Wm
煤层瓦斯含量W
粉碎自然解吸 瓦斯量W3
DGC装置使用流程图
钻孔开孔到 取芯管送入孔底钻 取样取满结 封入煤样筒后 预定深度时刻 进开始取样时刻 束取样时刻 开始解吸时刻
和地面解吸仪测 定解吸量（W22）。
粉碎自然解吸瓦 斯量 （W3）：采用 粉碎机粉碎煤样加速 瓦斯解吸，用地面解 吸仪测定在粉碎过程 瓦斯解吸量（W3）。
常压吸附瓦斯量 （Wc）：采用 a、b吸附常数、工业 分析等指标应用 朗格缪尔方程
进行计算。
关
推算 解吸规律
键
模型 五类模型
技
术
定点
取芯时间、深度