目 录

　　第一章 防突参数实验室各项制度 1

　　(一)防突参数实验室岗位责任制 1

　　(二)防突参数实验室管理制度 1

　　(三)防突参数实验室安全管理制度 1

　　(四)防突参数实验室主任岗位责任制 2

　　(五)防突参数实验室实验员岗位责任制 2

　　第二章 煤层瓦斯含量测定 3

　　(一)可解吸瓦斯含量测定方法介绍 3

　　(二)DGC装置介绍 3

　　(三)DGC装置使用操作方法 4

　　第三章 煤的坚固性系数测定 7

　　(一)测定原理 7

　　(二)测定方法与步骤 7

　　第四章 煤的瓦斯放散指数测定 9

　　(一)测定原理 9

　　(二)测定步骤 9

　　(三) WT-1型瓦斯扩散速度测试仪使用说明 10

　　(四)WT-1型瓦斯扩散速度测试仪使用注意事项 13

　　第五章 瓦斯吸附常数测定 15

　　(一)瓦斯含量欲瓦斯吸附量、瓦斯压力及温度之间的关系 15

　　(二)采用容量法测定等温吸附曲线计算a 、 b值的原理 16

　　(三)WY-98A吸附常数测定仪工作原理 16

　　(四)WY-98A吸附常数测定仪的软、硬件组成 17

　　第六章 煤的水分、灰分及挥发分测定 26

　　(一) 煤的水分、灰分及挥发分定义 26

　　(二) 5E全自动工业分析仪的结构及工作原理 26

　　(三) 5E全自动工业分析仪的工作过程 27

　　第一章 防突参数实验室各项制度

　　(一)防突参数实验室岗位责任制

　　1. 围绕矿井瓦斯防治工作任务，开展瓦斯基础参数测定工作，建立良好的运行机制。

　　2. 承担煤与瓦斯突出危险性相关数据测定，主要测定煤样可解析瓦斯含量，瓦斯放散初速度△P、煤层瓦斯的吸附常数(a、b值)、，煤的坚固性系数(f)、气体成分分析、钻孔瓦斯涌出衰减系数、钻孔瓦斯自然流量以及煤层孔隙率、灰分、水分等参数。

　　3. 负责本实验室设备的维护保养，保证实验仪器设备完好。

　　4. 努力提高实验技术，完善技术条件和工作环境，保障完成科学实验任务。

　　5. 对测定的数据进行科学统计、分析，向上级或有关部门提出建设性意见和报告。

　　6. 实行科学管理，完善各项规章制度。

　　7. 科学规范操作，保证测定数据真实可靠，完善瓦斯参数测定相关记录与档案管理。

　　(二)防突参数实验室管理制度

　　1. 实验室内测试仪器、设备及电脑线路布局合理、整齐。

　　2. 测试用的随机工具、物件和测试样品按规定放置，高压气瓶需固定在人员不常到的位置;室内不准堆放其它杂物。

　　3. 保持测试仪器、设备和室内清洁，坚持卫生包干制度，每日打扫一次室内卫生。

　　4. 做好仪器、设备的防潮、防爆、防火、防事故工作，发现异常，关闭电源、气源、报告实验室负责人进行处理。

　　5. 实验室内严禁吸烟，任何人不准在室内进行测试无关的其它事宜。

　　6. 外单位人员未经许可，不得进入实验室参观，学习人员必须有本室人员陪同，不得随意开动仪器设备。

　　(三)防突参数实验室安全管理制度

　　1. 实验室人员高度重视安全工作，自觉遵守安全制度和有关规定，所有人员应在接受安全教育后，才能进入工作岗位。

　　2. 严格按操作规程进行操作，正确使用测试设备，不得违章作业。

　　3. 测试人员上岗前应做好规定的安全措施，以防安全事故的发生。

　　4. 按规定配备适当的消防器材，并定期检查是否安全可靠，非灾害时任何人不得擅自使用消防器材。

　　5. 对于高压气瓶的存放，应事先采取存放措施，禁止随意搬动。

　　6. 所有电器设备要定期检查、及时维修、注意安全用电。

　　7. 下班时要清理好各种器材工具，

　　8. 发生安全事故，要积极采取有效应急措施，及时处理防止事态扩大，重大事故要同时保护好现场，并立即向主管领导报告。

　　(四)防突参数实验室主任岗位责任制

　　1. 履行防突参数实验室的各项职责，承担瓦斯参数测定技术责任，负责实验室日常业务与安全管理。

　　2. 主持防突参数实验室的全面工作，组织制定实验室工作计划，组织制定本室的岗位责任制和操作规程并督促执行。

　　3. 制订试验室检验仪器、设备、试药、试剂及其它用品的报废及购买计划。

　　4. 负责防突参数实验室的人员安排，测定活动的资源配置、审核、奖惩工作。

　　5. 搞好实验室的科学管理、贯彻、实施有关规章制度，定期检查、总结实验室工作。

　　6. 分析测试质量管理和测试方法研究，对检测质量负责。

　　7. 负责实验室人员的业务考核和仪器的检定，安排实验人员进修和培训。

　　8. 主持制定实验室的检验检测工作计划，对检验检测工作的质量和计划的完成情况负责。

　　9. 编制仪器设备和器材购置计划，组织对仪器设备检测，大修及日常维护和修理。

　　10. 负责本室精神文明建设，抓好人员思想政治教育。

　　(五)防突参数实验室实验员岗位责任制

　　1. 严格按《操作规程》开展检测活动，主动接受监督和指导。

　　2. 积极参加技术培训，刻苦钻研技术，提高测试质量。

　　3. 遵守实验室的各种规章制度，熟练掌握所使用的测试仪器结构、原理、性能、正确使用和维护并能自行解决测试中出现的各种技术问题。

　　4.认真填写实验原始记录，实验结束后应认真核实，出具测试报告，交实验室主任、分管矿领导审核签字，做到内容完整，数据可靠，并存档备案。

　　5. 负责实验室各测试项目的数据处理结果的审核。

　　6. 负责完善瓦斯测定参数的相关技术资料，负责填绘瓦斯治理图纸、汇总统计钻孔资料。

　　7. 根据瓦斯基础参数需求，严格按实验室操作规程进行操作，对实验结果负责。

　　8. 保持测试仪器、设备和室内清洁，履行岗位安全职责。

　　第二章 煤层瓦斯含量测定

　　煤层瓦斯含量的测定方法主要分为直接法和间接法两种。

　　间接法是通过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。直接法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。

　　(一)可解吸瓦斯含量测定方法介绍

　　可解吸瓦斯含量(Qm)测定方法是我国“十五”科技攻关成果，经鉴定达到了国际领先水平。该技术可直接快速地测定和计算出煤层可解吸瓦斯含量，为矿井瓦斯治理提供准确的依据;该技术具有测定周期短、费用低、实验室工作量小、成功率高的优点，24小时内即可完成含量测定;该技术可用于煤层突出危险性工作面及区域预测、预抽瓦斯效果评价以及矿井煤层瓦斯涌出量预测等。

　　可解吸瓦斯含量(Qm)是指单位质量的煤在20℃和一个大气压条件下所含有的可解吸瓦斯含量，，单位为m3/t，其表达基准为原煤基。可解吸瓦斯含量(Qm)的值等于瓦斯损失量(Q1)、煤样瓦斯解吸量Q2、煤样粉碎后的瓦斯解吸量(Q3)三者之和。

　　通过向煤层施工取芯钻孔，将煤芯从煤层深部取出，及时放入煤样筒中密封;然后测量煤样筒中煤芯的瓦斯解吸速度及解吸量, 并以此来计算瓦斯损失量Q1;把煤样筒带到实验室然后测量从煤样筒中释放出的瓦斯量, 与井下测量的瓦斯解吸量一起计算煤芯瓦斯解吸量Q2;将煤样筒中的部分煤样装入密封的粉碎系统加以粉碎, 测量在粉碎过程及粉碎后一段时间所解吸出的瓦斯量(常压下), 并以此计算粉碎瓦斯解吸量Q3;瓦斯损失量、煤芯瓦斯解吸量和粉碎瓦斯解吸量之和就是可解吸瓦斯含量，即 Qm=Q1+Q2+Q3。

　　(二)DGC装置介绍

　　DGC装置由井下取芯系统、井下解吸系统、地面瓦斯解吸系统、称重系统、粉碎解吸系统、水分测定系统、数据处理系统组成。

　　(三)DGC装置使用操作方法

　　1.现场取芯

　　⑴选取取样地点，佩带好仪器设备。

　　⑵确定取芯钻孔倾角、方位、钻头直径、开孔高度、取芯管及钻机型号并做好相关记录。

　　⑶仔细做好以下记录：取芯时间、取芯位置、取芯位置埋深、取芯人员、钻机及钻头型号、开孔时间及位置、开孔高度、开孔倾角及方位角、煤样粒度大小、煤层厚度、取芯深度、钻机钻进到预定深度时停钻时间、钻杆退出钻孔时间

　　⑷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。

　　2.现场解吸操作规程

　　⑴首先将井下解吸仪底塞打开灌水至适当刻度(根据煤层瓦斯含量大小确定)，放入密封垫圈后拧紧底塞。

　　⑵在井下解吸仪灌水过程务必注意防止密封垫圈丢失;灌水时要底座口朝上，待灌水完毕并上紧底塞后要立即倒置井下解吸仪，使底座朝下并观察底塞是否有漏水现象。

　　⑶解吸仪灌水完毕并检漏后将其悬挂，用乳胶管一端连接解吸仪进气嘴，一端待煤样筒装入煤样后连接煤样筒出气嘴。

　　⑷打开煤样筒盖，准备煤样的装入;打开煤样筒盖上阀门检查出气嘴是否有堵塞现象，检查完毕无误后关紧阀门，与“O”型密封圈一起放置一旁以便随时取用。

　　⑸将矿用大气压力表和温度计取出暴露在空气中，一段时间后读取大气压力(KPa)和温度计读数(℃)。

　　⑹煤样取出后迅速装入煤样筒，安装好密封圈盖紧煤样筒盖，完毕后快速把煤样筒出气嘴连接到乳胶管的一端。

　　⑺打开出气阀门前准确读数井下解吸仪液面(凹液面)刻度并作记录作为初始刻度，打开阀门瞬间待气体涌出后迅速读取液面刻度作为0min刻度并打开秒表计时，然后每一分钟读取液面刻度一次，直至30min结束;当解吸瓦斯体积达到井下解吸仪最大量程85%时，关闭解吸仪阀门重新灌水后继续解吸;30min内解吸瓦斯量用以推算瓦斯损失量Q1;解吸30min后解吸仪读数与初始刻度读数之差即为井下瓦斯解吸量Q21。所读读数务必做好记录填入相应已准备的表格。在井下解吸过程中要仔细做好开始解吸时间。

　　⑻解吸完毕后关闭煤样筒阀门放置一旁，待上井时一同带入井上实验室;取另一空煤样筒重复上述3～10中操作进行下一次的取样解吸;待全部取样结束后收好工具放好。

　　⑼注意事项：本次井下解吸系统操作做成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。

　　3.地面试验室解吸方法操作规程。

　　⑴地面解吸系统建立在地面实验室内，包括地面瓦斯解吸仪装置和煤样筒。

　　⑵井下取芯与解吸人员升井后立即把装有煤样的煤样筒带入实验室进行地面瓦斯解吸，并记录到达实验室和开始地面解吸的时间。

　　⑶地面解吸装置包括地面瓦斯解吸测量管和煤样粉碎瓦斯解吸测量管，并配为加有化学试剂的液体;将煤样筒出气嘴连接到地面瓦斯解吸测量管上，开启地面解吸装置背光灯管，操作玻璃管操作手柄到吸水排气档，按动真空泵启动按钮进行排气吸水，当液面到达适当位置(根据瓦斯解吸量确定)时停止;调节解吸管操作手柄到隔绝真空泵连通状态，使解吸管处于密封状态。

　　⑷解吸管密封性检测：当解吸管处于密封状态时注意观察液面情况，是否有漏气存在，若存在要及时排除方可进行瓦斯解吸。

　　⑸在确认调试完好后，缓慢打开煤样筒阀门，隔一定时间间隔读取一次瓦斯的解吸量，时间间隔的长短取决于解吸速度;并注意观察解吸累计量的变化规律，发现异常及时处理，或报废。

　　⑹当实测解吸瓦斯体积达到单根测量管最大量程85%时，打开转换手柄用第二根测量管测量。

　　⑺记录周围环境的温度、大气压力及测试人员等。

　　⑻测定时间一般不少于30min，或瓦斯解吸速度很小时为止。

　　⑼测量结束后，记录释放出的瓦斯量Q22，Q22与井下瓦斯解吸量Q21之和为可测量瓦斯含量Q2;解吸完毕后转入煤样称重操作系统。

　　⑽若有多个待解吸煤样，可依次按照5～8进行解吸，直至全部解吸结束。

　　第三章 煤的坚固性系数测定

　　(一)测定原理

　　煤的坚固性用坚固性系数的大小来表达。其测定方法较多，这里介绍常用的落锤破碎测定法，简称落锤法。

　　这个测定方法是建立在脆性材料破碎遵循面积力能说的基础上。这个学说是雷延智在1867年提出来的，他认为“破碎所消耗的功(A)与破碎物料所增加的表面积(ΔS)的n次方成正比”即

　　式中：i=Dq/Dh，i称为破碎比，i>1。

　　从(5—2)式可知，当破碎功A与破碎前的物料平均直径为一定值时，与物料坚固性有关的常数K与破碎比有关，即破碎比i越大，K值越小，反之亦然。这样，物料的坚固性可以用破碎比来表达。

　　(二)测定方法与步骤

　　1.仪器设备及用具

　　捣碎筒，计量桶，分样筛(孔径20mm、30mm、和0.5mm各一个)，天平(最大称量1000g，感量0.5g)，小锤，漏斗，容器。

　　2.采样与制样

　　1)沿新暴露的煤层厚度的上、中、下部各采取块度为10cm左右的煤样两块，在地面打钻取样时应沿煤层厚度的上、中、下部各采取块度为10cm的煤芯两块。煤样采出后应及时用纸包上并浸蜡封固(或用塑料袋包严)，以免风化;

　　2)煤样要附有标签，注明采样地点、层位、时间等;

　　3)在煤样携带、运送过程中应该注意不得摔碰;

　　4)把煤样用小锤碎制成20～30mm的小块，用孔径20mm或30mm的筛子筛选;

　　5)称取制备好的试样50g为一份，每5份为一组，共称取三组。

　　3.测定步骤

　　1)将捣碎筒放置在水泥地板或2cm厚的铁板上，放入试样一份，将2.4kg重锤提高到600mm高度，使其自由落下冲击试样，每份冲击3次，把5份捣碎的试样装在同一容器中;

　　2)把每组(5份)捣碎的试样一起倒入孔径0.5mm分样筛中筛分，筛至不再漏下煤粉为止;

　　3)把筛下的粉末用漏斗装入计量筒内，轻轻敲打使之密实，然后轻轻插入具有刻度的活塞尺与筒内粉末面接触。在计量筒口相平处读取l(即粉末在计量筒内实际测量高度，读至毫米);

　　当l≥30mm时，冲击次数n，即可定为3次，按以上步骤继续进行其他各组的测定。

　　当l<30mm时,第一组试样作废，每份试样冲击次数n改为5次，按以上步骤进行冲击、筛分和测定，仍以每5份作一组，测定煤份高度l。

　　4.坚固系数的计算

　　坚固性系数按下式计算：

　　f=20n/l

　　式中 f ——坚固性系数;

　　n ——每份试样冲击次数，次;

　　l ——每组试样筛下煤粉的计量高度，mm。

　　测定平行样3组(每组5份)，取算数平均值，计算结果取一位小数。

　　5.软煤坚固性系数的确定

　　如果取得的煤样粒度达不到测定f值所要求粒度(20～30mm)，可采取粒度为1～3mm的煤样按上述要求进行测定，并按下式换算：

　　当f1～3>0.25时，f =1.57 f1～3 - 0.14

　　当f1～3≤0.25时，f = f1～3

　　式中f1～3 —— 粒度为1～3mm时煤样的坚固性系数。

　　第四章 煤的瓦斯放散指数测定

　　(一)测定原理

　　在煤与瓦斯突出发生、发展过程中，就煤质自身而言，人们公认的观点只有两个因素：

　　一是煤的强度。强度越大越不容易破坏，对突出发展的阻力就越大，突出的危险性就越小;相反，煤的强度越小越易破坏，其阻力就越小，破碎所需的能量就越小，突出危险性也就越大。

　　二是煤的放散瓦斯能力，在突出的最初一段时间内煤中所含的瓦斯放散出的越多，在突出过程中就容易形成携带煤体运动的瓦斯流，其突出危险性也就越大;相反如煤中含有大量瓦斯，但在短时间内放出的量很小，那么这种煤虽含有大量瓦斯，但不易形成瓦斯流，其突出危险性就越小。

　　该仪器就是测定上述煤质自身的第二个因素，煤的瓦斯放散能力：1)煤的放散初速度ΔP, 2)煤样在一分钟内的瓦斯扩散速度ΔD。

　　煤的瓦斯放散初速度ΔP，是指在1个大气压下吸附后用mmHg表示的45～60秒的瓦斯放散量与0～10秒内放散量的差值。

　　煤样在1分钟内的瓦斯放散速度ΔD，是在1个大气压下的吸附后，在0～60秒各段时间上煤样放散出的瓦斯累计量。

　　(二)测定步骤

　　1.仪器设备及用具

　　△p测定仪，真空泵，甲烷瓶(浓度大于95%)，分样筛(孔径0.2、0.25mm各一个)，天平(最大称量250g，感量0.5g)，小锤，漏斗。

　　2.采样与制样

　　1)采样。在井下采新鲜暴露面的煤样，并按煤层破坏类型分层采样，每一煤样重500克。煤样粉碎混合后，将粒度符合标准(烟煤粒度为0.25～0.5毫米，无烟煤为2～3毫米)的煤样仔细均匀混合后，称出煤样，每份重3.5克;潮湿煤样要自然凉干，除掉煤的外在水份。

　　3.旋下仪器的煤样瓶下部的紧固螺栓，将煤样装入。为防止脱气和充气时的煤尘飞入仪器内部，必须在煤样上盖好一层脱脂棉。装上煤样瓶后先用手扶正，再旋紧紧固螺栓。

　　4.测定步骤

　　1) 计算机安装(见有关说明书)后，连接计算机与仪器间的扁平线。

　　2) 开始测试时首先打开计算机电源，启动后再打开仪器电源与真空泵电源。

　　3) 执行wt-1监控系统软件。

　　4) 选择煤样瓶图标，

　　5)依次对每个煤样进行一次死空间脱气和向死空间放气的过程，同时动态地显示煤样的扩散速度曲线，自动保存测试结果，最后显示出来。

　　6) 首先关闭仪器电源，然后一步步关闭计算机，切断真空泵电源。

　　7) 系统为每一个实验煤样的扩散速度、放散速度分别创建一个以“.ks”、“.fs”为扩展名的数据文件。煤样的扩散速度、放散速度曲线及计算结果都被保存起来了。

　　8)打印。

　　(三) WT-1型瓦斯扩散速度测试仪使用说明

　　一.实验过程

　　1.开始测试时首先打开计算机电源，启动后再打开仪器电源与真空泵电源。执行wt-1监控系统软件，系统界面如下：

图1 系统主界面

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　　2.选择煤样瓶图标。仪器面板上的煤样瓶和界面中的图标是——对应的，从右向左依次为1-6#，单击图标可选择或放弃该煤样实验。

　　仪器面板上的煤样瓶和界面上的图标是1～6#。选中要测试的煤样瓶图标，选中或未选中时图标如图2所示：

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　　选中 未选中

　　图2 选择煤样瓶图标

　　3.如进行放散速度测试，选择菜单项“放散速度”;如为扩散速度，选择菜单项“扩散速度”。然后在下图所示的对话框中为每个要测试的煤样命名和设置保存路径，如图4。点“下一步”后，实验全部由仪器自动完成。

　　“放散速度”、 “扩散速度”二者实验过程基本相同，以放散速度(ΔP)测试为例，脱气、漏气检测与充气的过程，分别如图3、图4、图5、图6所示。

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　　图3 设定煤样保存路径

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　　图4 煤样脱气

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　　图5 漏气检测

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　　图6 煤样充气

　　在学习或调试时为节省时间可随时单击“下一步”提前结束该过程。正式实验时必须达到规定时间，否则会影响实验结果的准确性。其中“漏气检测”一项对话框如图6所示，若能正常进入下一步则说明密封较好;否则按提示重新安装煤样罐或更换密封圈。

　　充气时注意蓄水瓶摆放应高于蓄气瓶，使两瓶液体存在压差。

　　4.依次对每个煤样进行一次死空间脱气和向死空间放气的过程，同时动态地显示煤样的扩散速度曲线，自动保存测试结果，最后显示出来。

　　实验结束。

　　5.结束

　　首先关闭仪器电源，然后一步步关闭计算机，切断真空泵电源。

　　二.实验记录数据的管理

　　系统为每一个实验煤样的扩散速度、放散速度分别创建一个以“.ks”、“.fs”为扩展名的数据文件。煤样的扩散速度、放散速度曲线及计算结果都被保存起来了。为了便于管理，建议用户在文件存盘时起一个便于识别、具有特征的文件名，如：丁12-7、老虎台32等。文件存放位置应当集中在一个或几个专门的目录(或文件夹)内，并作备份，避免因计算机病毒感染、误操作引起的文件丢失。

　　察看数据文件时，在菜单中选择文件打开，则弹出一个对话框，若需要察看放散速度文件，可在文件类型下拉列表中选择“*.fs”：若是扩散速度文件则选“*.ks”。单击“打开”，屏幕上显示出该煤样的曲线和ΔD或ΔP的值。对话框如图7：

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　　图7 打开文件

　　数据打印：

　　实验的扩散速度、放散速度曲线、计算结果等可通过报表的形式打印出来。打印过程如下：

　　1)打印前，检查打印机电源是否插上，打印电缆是否连接。在打印机装纸夹内装好B5打印纸。

　　2) 打开数据文件(见上文)。否则打印出来的是一张空表。

　　3)输入打印文本：选取菜单“输入文本”，弹出如图8对话框：

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　　图8 报表参数设置

　　用于设置打印报表的辅加项目，如日期，标题，备注等内容。然后单击“确认”。

　　4)打印设置：选取菜单“打印设置”，弹出打印设置对话框：

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　　图9 打印设置

　　设纸张大小为B5，纸张方向为“横向”，单击“确认″。

　　5)为了确保打印结果是否正确，选取菜单“打印预览”进行预览，如图11。用户可以随意放大、缩小来察看打印的页面。

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　　图10 打印预览

　　6)选取菜单“文件打印”，先弹出文本输入对话框，单击确认后弹出以下打印对话框：

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　　图11 打印

　　单击“打印”按钮，打印文件，如图11。

　　注意：如果不能输出正确结果，问题的原因可能是打印驱动程序没有安装或打印机设置不正确。首先参照《打印机说明书》和《windows使用手册》等相关书籍正确安装打印机驱动程序，然后单击 “开始”菜单，选择“开始设置打印机”，右键单击系统配置的打印机图标后，在弹出的快捷菜单中选择“设为默认值”。如果照以上步骤正常打印结果仍不正常，按照《打印机说明书》和《windows使用手册》对打印机属性进行正确设置。

　　(四)WT-1型瓦斯扩散速度测试仪使用注意事项

　　1.所用的瓦斯气浓度应大于99%，否则若含有氧气、二氧化碳和水份，应安装过滤、干燥装置。

　　2.脱气、充气过程中不允许关闭计算机或退出本系统。

　　3.仪器内有220V电压，仪器电源开时不要打开仪器机箱，非专业人员不要对仪器进行随意拆卸。

　　第五章 瓦斯吸附常数测定

　　(一)瓦斯含量欲瓦斯吸附量、瓦斯压力及温度之间的关系

　　瓦斯以两种状态存在煤体之中，即吸附状态和游离状态。在煤的瓦斯含量中，一般吸附瓦斯占80-90%以上，吸附瓦斯量的多少，决定于煤对瓦斯吸附能力和瓦斯压力、温度等条件。瓦斯含量欲瓦斯压力及温度之间的关系见图11和图12。

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　　从图上可以看出，由吸附瓦斯和游离瓦斯组成的瓦斯含量随着温度的升高而降低(大约温度增加1℃，每克可燃物吸附瓦斯可减少0.05-0.065ml);随着

　　煤的吸附瓦斯量一般用朗格缪尔方程计算：

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　　从(5-3)式可以知道，只要能测定出煤样的吸附常数a 、 b值和煤的空隙率，瓦斯压力和瓦斯含量之间便可以换算。

　　(二)采用容量法测定等温吸附曲线计算a 、 b值的原理

　　煤在变质过程中生成瓦斯和排出挥发性物质的同时，凝胶化作用，使煤形成芳香核为基本单元的聚合体，致使煤成以多孔物质，因而它是一种很好的吸附剂。

　　所谓容量法就是在一定的压力和温度下，测定吸附剂微孔中所容纳的瓦斯量。

　　所谓等温吸附曲线就是在某一温度下，吸附得到平衡时，吸附量与压力关系的曲线。

　　采用容量法测定等温吸附曲线时，要将预先加工好的煤样放在吸附容器中，在真空加热下脱气，测定其中的死空间(包括吸附剂的微孔、颗粒间空隙、试验容器的残余空间等)体积，然后，在一定的温度下往容器中注入一定体积的气体，在容器中形成相应的压力。部分气体被吸附，最终建立一个吸附平衡状态。然后测定该气体的压力和体积。根据气体的起始体积和最终体积的差值即可计算出在给定温度和气体压力下被吸附的气体体积。为了保证测试精度，在测试曲线前段(低压吸附)时采用先注入高压气体，待达到吸附平衡后，进行多次排气，并记录煤层的平衡压力和排气量，直至瓦斯压力降为1at左右。根据上述测定中瓦斯吸附平衡压力和吸附量的对应关系，可计算出a、b值。

　　(三)WY-98A吸附常数测定仪工作原理

　　煤体中大量的微孔表面具有表面能，当气体与内表面拭接触时，分子的作用力使甲烷气体分子在表面上浓集，称为吸附。气体分子浓集的数量渐趋增多，为吸附过程;气体分子复返回自由状态的气相中，表面上气体分子数量渐趋减少，为脱附过程，表面上气体分子维持一定数量，吸附速率和脱附速率相等，为吸附平衡。煤对甲烷的吸附为物理吸附。

　　当吸附剂和吸附质特定时，吸附量与压力和温度呈函数关系，即：

　　X=f(T,P) (1)

　　当温度恒定时：

　　X=f(P)T (2)

　　式(2)称为吸附等温线，在高压状态下煤对甲烷的吸附符合朗格缪尔(Langmuir)方程：

　　式中：

　　T—温度，℃;

　　p—压力，Mpa;

　　X—p压力下吸附量，cm3/g;

　　a—吸附常数，当p→∞时，即为饱和吸附量cm3/g;

　　b—吸附常数，bMPa-1。

　　高压容量法测定煤的甲烷吸附量的方法是：将处理好的干燥煤样，装入吸附罐，真空脱气，测定吸附罐的体积，向吸附罐中充入一定体积的甲烷，使吸附罐内的压力达到平衡，部分气体被吸附，部分气体仍以游离状态处于剩余体积之中，已知充入甲烷体积，扣除剩余体积内的游离体积，即为吸附体积，连接起来即为吸附等温线。

　　(四)WY-98A吸附常数测定仪的软、硬件组成

　　WY-98A型吸附常数测定仪主要由计算机、仪器主机、真空泵、真空计及附属电缆、管件等组成。由仪器主机内的传感器将压力、温度转变成电压信号传送给计算机内的数据采集卡，然后由计算机软件进行计算、分析和存储，并对整个过程进行监控。

　　1.软件

　　软件的主界面及各控件的功能如图1所示。

　　5.仪器自动打开脱气阀、煤样罐1、罐2的阀门，关闭充气阀、通大气阀，仪器启动真空泵开始脱气。

　　6.仪器关闭煤样罐1、煤样罐2阀门，再关闭脱气阀，结束脱气。水浴温度由60℃变为30℃，为缩短实验进程，可打开放水阀放出热水，由注水口注入冷水，使水温下降，直至30℃时仪器会进行下一步的操作(注意：换水时水位必须保持在加热管以上);

　　7.仪器打开气源、充气阀，向充气罐内充气后关闭充气阀。此时可手动由小到大地调节仪器背面的微调阀，使充气的速度不至于太快或太慢，如果3分钟内还能充至设定压力，仪器自动结束充气。打开煤样罐1阀，由充气罐向罐1放气。

　　8.向煤样罐2内充气，步骤与7相同。

　　9.煤样开始吸附平衡的过程。此时，压力-时间窗口显示出两个煤样罐内压力随时间的变化。平衡结束后即完成了两个煤样第1个点的测定。

　　10.重复7、8、9的操作步骤，完成共7个吸附平衡点的操作。至此，实验结束。

　　在实验结束时，计算机将两个煤样实验结果按照第4步设定的路径与文件名自动保存。同时将实验过程中的一系列数据自动保存在”d:”根目录下的一个文件中，该文件以“煤样1编号_煤样2编号”命名，在结束实验后任何时候都可以察看其内容，方法如图5。

　　11.退出程序：单击菜单中的”文件/退出程序”。

　　五.实验记录数据的管理

　　系统为每一个实验煤样创建一个以“.xf”为扩展名的数据文件。煤样的重量、灰份、挥发份等原始数据，实验中各压力段测定结果、吸附曲线、及计算结果都被保存起来了。为了便于管理，建议用户在文件存盘时起一个便于识别、具有特征的文件名，如：戊12-7、七台河-32等。文件存放位置应当集中在一个或几个专门的文件夹内。

　　图13 “打印”对话框

　　单击“属性”按钮，会弹出一打印机属性对话框(此对话框因不同打印机而异，但内容大致相同)，选择纸张方向为“横向”，打印纸张为“A4打印纸”，其它选项皆为默认值(参见打印机说明书)。关闭属性对话框。

　　5)在打印对话框中单击“确定”按钮，全部过程结束。

　　注意：如果按以上过程进行，不能输出正确结果，那问题的原因可能是打印驱动程序没有安装或打印机设置不正确。首先参照《打印机说明书》和《window使用手册》等相关书籍正确安装打印机驱动程序，然后单击window “开始”菜单，选择“开始设置打印机”，右键单击系统配置的打印机图标后，在弹出的快捷菜单中选择“设为默认值”。如果照以上步骤正常打印结果仍不正常，按照《打印机说明书》和《window使用手册》对打印机属性进行正确设置。

　　七.注意事项

　　1.室验室内一定要保持洁净、干燥、通风良好，本仪器在搬运、移动时必须轻拿轻放，仪器安装连接好以后最好不要移动。

　　2.仪器通大气出口要接上一根软管并通向室外。

　　3.仪器安装后要定期检查气密性，严防瓦斯泄漏造成事故。由于仪器内为高压瓦斯系统，非专业人员不要对仪器进行随意拆卸。打开仪器机箱盖前必须先关闭电源和真空泵电源。

　　4.按照实验要求，要做出完整的吸附曲线，所用瓦斯钢瓶压力应大于6Mpa。

　　5.实验前一定要观察恒温水箱里的水是否加满，如未加满必须把水加满后再进行实验;仪器长期不用时应将水全部排出。

　　6.每次实验完毕后要打开通大气阀，将仪器内气体排出室外。

　　7.为防止病毒、黑客等对计算机造成破坏，必须保证专机专用，不要用作其它用途，不要随意安装游戏及其它软件。

　　8.一般情况下，本仪器只作煤对甲烷的吸附试验。

　　第六章 煤

　　(一) 煤的水分、灰分及挥发分定义

　　组成煤炭有机质的元素首要有碳、氢、氧、氮和硫等，此外，还有很少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机质的主体，占95%以上;煤化水平越深，碳的含量越高，氢和氧的含量越低。碳和氢是煤炭燃烧进程中发生热量的元素，氧是助燃元素。煤炭燃烧时，氮不发生热量，在高温下改变成氮氧化合物和氨，以游离形态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，个中以硫最为主要。煤碳燃烧时绝大局部的硫被氧化成二氧化硫(SO2)，随烟气排放，污染大气，风险动、植物发展及人类安康，侵蚀金属设备;当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的主要目标之一。

　　煤中的有机质在必然温度和前提下，受热分化后发生的可燃性气体，被称为“挥发分”，它是由各类碳氢化合物、氢气、一氧化碳等化合物构成的夹杂气体。挥发分也是首要的煤质目标，在确定煤炭的加工应用路子和工艺前提时，挥发分有主要的参考效果。煤化水平低的煤，挥发分较多。假如燃烧前提不恰当，挥发分高的煤燃烧时易发生未燃尽的碳粒，俗称“黑烟”;并发生更多的一氧化碳、多环芳烃类、醛类等污染物，热效率降低。因而，要依据煤的挥发分选择恰当的燃烧前提和设备。

　　煤中的无机物质含量很少，首要有水分和矿物质，它们的存在降低了煤的质量和应用价值。矿物质是煤炭的首要杂质，如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等，个中大局部属于有害成分。

　　“灰分”是煤碳完全燃烧后剩下的固体残渣，是主要的煤质目标。灰分首要来自煤炭中不成燃烧的矿物质。矿物质燃烧灰化时要接收热量，很多排渣要带走热量，因此灰分越高，煤炭燃烧的热效率越低;灰分越多，煤炭燃烧发生的灰渣越多，排放的飞灰也越多。普通，优质煤和洗精煤的灰分含量相对较低。

　　“水分”对煤炭的加工应用有很大影响。水分在燃烧时酿成蒸汽要吸热，因此降低了煤的发烧量。煤炭中的水分可分为外在水分和内涵水分，普通以内涵水分作为评定煤质的目标。煤化水平越低，煤的内部外表积越大,水分含量越高。

　　(二) 5E全自动工业分析仪的结构及工作原理

　　5E全自动工业分析仪测试水分、灰分、挥发分三种指标。

　　一.仪器组成

　　1.组成示意图

　　仪器包括三大部分：分析仪主机、PC机、打印机。

　　二.仪器工作原理

　　仪器检测原理为热重分析法。它将远红外加热设备与称量用的电子天平结合在一起，在特定的气氛条件、规定的温度、规定的时间内对受热过程中的试样予以称重，以此计算出试样的水分、灰分及挥发分等工业分析指标。

　　(一) 5E全自动工业分析仪的工作过程

　　用分析仪Ⅰ测定挥发分，用分析仪Ⅱ测定水分和灰分。PC机既可同时控制分析仪Ⅰ、分析仪Ⅱ测定试样的挥发分、水分、灰分又可单独控制分析仪Ⅰ或分析仪Ⅱ单独测定试样的挥发分、水分、灰分。

　　1.挥发分测定流程

　　运行仪器的测试程序，进入工作测试菜单，输入相关的试样信息后仪器自动称量挥发分空坩埚(注意：坩埚应该带盖。如果单测挥发分，在称量前系统会提示输入水分数值)，空坩埚称量完毕，系统提示放置试样，然后系统称量试样质量并开始加热高温炉. 开始实验前按照提示打开恒温炉盖，恒温炉散热风扇自动开启，隔热板关闭，待高温炉温度到达900℃时，高温炉温度继续控制在(900±10)℃.高温炉温度稳定2分钟后打开隔热板送0号空白坩埚和19号坩埚至高温炉中后关闭隔热板灼烧7分钟，7分钟到后打开隔热板将0号坩埚和19号坩埚送回恒温炉中，然后送第1，2号坩埚到高温炉中关闭隔热板并灼烧7分钟，7分钟后打开隔热板将1，2号坩埚送回到恒温炉中，同时打开氮气阀(系统会打开氮气阀，向高温炉内通氮气，气体流量控制在4～5L/min)，通氮2分钟后关闭氮气阀，以后每隔7分钟送2个分析样品到高温炉中(隔热板自动开关)，并将灼烧7分钟后的分析样品送回恒温炉中通氮2分钟，待所有分析样品灼烧完毕后，隔热板关闭，恒温炉散热风扇关闭，恒温炉开始加热并控制在(120±10)℃，按照提示盖上炉盖，所有分析样品在恒温炉中干燥冷却30分种后，以减少质量占样品的百分数减去该煤样空气干燥水分含量作为煤样的挥发分。系统报出挥发分测定结果，并打印结果或报表(如果在系统设置中设置了打印)。(备注：如果本次实验还测水灰，则水灰也分析完毕才自动打印报表)

　　2.水分和灰分测定流程

　　运行仪器的测试程序，进入工作测试菜单，输入相关的试样信息后仪器自动称量空坩埚，空坩埚称量完毕，系统提示放置试样，然后系统称量试样质量并开始加热高温炉(系统会打开氮气阀，向高温炉内通氮气，气体流量控制在4～5L/min)先将高温炉加热到107℃恒温45分钟(指按国标方法，温度与恒温时间可自定义设置)后开始称量坩埚，当坩埚质量变化不超过系统设定值(推荐为0.0008克)时水分分析结束，系统报出水分测定

　　结果，同时关闭氮气阀，打开氧气阀，高温炉继续加热至500℃恒温30分钟(快速法在此不恒温)后再加热至815℃恒温，之后系统开始称量坩埚，当坩埚质量变化不超过系统设定值(推荐为0.0008克)时灰分分析结束，系统报出灰分测定结果，并打印结果或报表(如果在系统设置中设置了打印)。(备注：如果本次实验还测挥发分，则挥发分也