專利名稱：煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬試驗系統(tǒng)，尤其是可以有效模擬在不同條件下煤層注水驅(qū)替過程中瓦斯壓力變化規(guī)律以及多孔介質(zhì)中水驅(qū)氣兩相滲流規(guī)律的煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)豐吳擬實驗系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤炭是我國最重要的能源，在我國一次能源消費結(jié)構(gòu)中約占67%。而我國煤礦的開采條件差，開采過程中受到瓦斯、水、火、粉塵、低壓及熱害的影響，其中瓦斯是我國煤礦的第一殺手，也是我國煤礦事故的主要原因。現(xiàn)階段，煤礦瓦斯災(zāi)害又以煤與瓦斯突出危害性最大，而煤與瓦斯突出的防治難度也是世界公認的，世界各國均投入了巨大精力對煤與瓦斯突出防治技術(shù)進行研究。我國在長期與煤與瓦斯突出的斗爭中，形成了“區(qū)域防突措施先行，局部防突措施補充”的治理模式。
國內(nèi)突出礦井大量開采單一低透氣性無保護層可采的突出煤層，煤層瓦斯預(yù)抽效果不佳，工程技術(shù)人員普遍采用了多種水力化卸壓增透措施。煤層注水作為一種防治煤與瓦斯突出的技術(shù)措施，既可以作為區(qū)域防突措施，也可以作為局部防突措施。但是由于現(xiàn)階段對煤層注水防突機理研究不夠充分，《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》并沒有將煤層注水作為區(qū)域性防突措施提出，因此需要進行深入研究。
煤層注水過程為高壓水在多孔介質(zhì)煤體中驅(qū)替裂隙中游離瓦斯、在毛細管力作用下置換封堵游離瓦斯的過程，同時煤層注水可改變煤體力學(xué)性質(zhì)及采場應(yīng)力的重新分布， 對造成煤與瓦斯突出因素同時產(chǎn)生影響，達到消除煤與瓦斯突出的作用。
以上多為理論分析，缺乏定量化實驗分析。因此，要摸清煤層注水的防突機理，必須對煤層注水進行詳細的實驗研究，通過實驗數(shù)據(jù)定量化研究煤層動態(tài)注水過程對煤體內(nèi)瓦斯的作用結(jié)果，為煤層注水防突機理提供實驗支撐，同時為更好的推廣和發(fā)展該項技術(shù)提供理論指導(dǎo)。發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)缺乏定量化實驗分析的問題，本發(fā)明提供了一種煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)，該煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)可以有效模擬在不同覆壓、不同原始瓦斯壓力、不同煤體粒徑和煤種以及不同注水參數(shù)條件下煤層注水驅(qū)替過程中瓦斯壓力變化規(guī)律，并能定量化分析多孔介質(zhì)中水驅(qū)氣兩相滲流規(guī)律，為煤層注水防突機理提供實驗支撐，還為礦井采用煤層注水防治煤與瓦斯突出提供了聞效的理論指導(dǎo)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該模擬實驗系統(tǒng)設(shè)有一個筒狀的高壓罐體，高壓罐體的下方設(shè)有底座，高壓罐體的側(cè)面通過多個壓力變送器順序與數(shù)據(jù)采集器及微機匹配信息電連接，高壓罐體的側(cè)面通過連通管順序與高壓定量充氣瓶、精密壓力表及瓦斯鋼瓶相連通，連通管側(cè)面并連通有真空泵；高壓罐體的內(nèi)部豎直設(shè)有注水管，注水管向外穿過高壓罐體與高壓微量輸液泵相連，高壓微量輸液泵通過管道與水池相連通；底座的上部設(shè)有小型壓力機，小型壓力機的下部向下連接著密封活塞，小型壓力機與壓力機油泵相連通。
所述密封活塞的外圈設(shè)有Y型密封墊及O型密封圈，Y型密封墊為2道，O型密封圈為I道，密封活塞的上部匹配設(shè)有固定密封活塞螺栓，密封活塞通過固定密封活塞螺栓與小型壓力機進行固定連接。
所述高壓罐體的側(cè)面開有充放氣孔，高壓罐體的周圍包裝有電加熱恒溫墊，壓力變送器通過導(dǎo)氣管與高壓罐體的內(nèi)部相連通。
所述高壓罐體的側(cè)面連接的壓力變送器的個數(shù)為3-6個。
該煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的實驗步驟如下1.向高壓罐體內(nèi)裝入煤體，啟動壓力機油泵，連接密封活塞的小型壓力機向下運行，使密封活塞進入高壓罐體,并給煤體施加覆壓；2.開啟電加熱恒溫墊，保證煤體處于恒溫狀態(tài)；3.通過真空泵將高壓罐體抽真空，高壓定量充氣瓶將高壓瓦斯定量注入高壓罐體,并進行24小時吸附平衡；4.啟動高壓微量輸液泵將水池中水通過注水管均勻注入高壓罐體內(nèi)，開啟數(shù)據(jù)采集器，將導(dǎo)氣管端部壓力通過壓力變送器、數(shù)據(jù)采集器傳入微機，動態(tài)記錄注水過程中高壓罐體內(nèi)不同位置處瓦斯氣體壓力變化數(shù)據(jù)；5.根據(jù)實驗結(jié)果分析煤層注水動態(tài)驅(qū)替瓦斯效應(yīng)。
本發(fā)明的有益效果是，該煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)可以有效模擬在不同覆壓、不同原始瓦斯壓力、不同煤體粒徑和煤種以及不同注水參數(shù)條件下煤層注水驅(qū)替過程中瓦斯壓力變化規(guī)律，并能定量化分析多孔介質(zhì)中水驅(qū)氣兩相滲流規(guī)律，為煤層注水防突機理提供實驗支撐，還為礦井采用煤層注水防治煤與瓦斯突出提供了高效的理論指導(dǎo)。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2是密封活塞及高壓罐體對應(yīng)位置示意圖。
圖3是I -I剖面圖。
圖中，I.微機，2.數(shù)據(jù)采集器，3.小型壓力機，4.壓力機油泵，5.高壓定量充氣瓶，6.精密壓力表，7.瓦斯鋼瓶，8.真空泵，9.高壓微量輸液泵，10.水池，11.注水管，12.底座，13.高壓罐體，14.導(dǎo)氣管，15.壓力變送器，16.密封活塞，17.充放氣孔，18.電加熱恒溫墊，19. Y型密封墊，20. O型密封圈，21.固定密封活塞螺栓。
具體實施方式
在圖中，該模擬實驗系統(tǒng)設(shè)有一個筒狀的高壓罐體13，高壓罐體13的下方設(shè)有底座12，高壓罐體13的側(cè)面通過多個壓力變送器15順序與數(shù)據(jù)采集器2及微機I匹配信息電連接，高壓罐體13的側(cè)面通過連通管順序與高壓定量充氣瓶5、精密壓力表6及瓦斯鋼瓶7相連通，連通管側(cè)面并連通有真空泵8 ;高壓罐體13的內(nèi)部豎直設(shè)有注水管11，注水管11 向外穿過高壓罐體13與高壓微量輸液泵9相連，高壓微量輸液泵9通過管道與水池10相連通；底座12的上部設(shè)有小型壓力機3，小型壓力機3的下部向下連接著密封活塞16，小型壓力機3與壓力機油泵4相連通。
所述密封活塞16的外圈設(shè)有Y型密封墊19及O型密封圈20，Y型密封墊19為2 道，O型密封圈20為I道，密封活塞16的上部匹配設(shè)有固定密封活塞螺栓21，密封活塞16 通過固定密封活塞螺栓21與小型壓力機3進行固定連接。
所述高壓罐體13的側(cè)面開有充放氣孔17，高壓罐體13的周圍包裝有電加熱恒溫墊18，壓力變送器15通過導(dǎo)氣管14與高壓罐體13的內(nèi)部相連通。
所述高壓罐體13的側(cè)面連接的壓力變送器15的個數(shù)為3個。
該煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的實驗步驟如下1.向高壓罐體13內(nèi)裝入煤體，啟動壓力機油泵，連接密封活塞16的小型壓力機3向下運行，使密封活塞16進入高壓罐體13，并給煤體施加覆壓；2.開啟電加熱恒溫墊18，保證煤體處于恒溫狀態(tài)；3.通過真空泵8將高壓罐體13抽真空，高壓定量充氣瓶5將高壓瓦斯定量注入高壓罐體13，并進行24小時吸附平衡；4.啟動高壓微量輸液泵9將水池10中水通過注水管11均勻注入高壓罐體13內(nèi)，開啟數(shù)據(jù)采集器2，將導(dǎo)氣管14端部壓力通過壓力變送器15、數(shù)據(jù)采集器2傳入微機1，動態(tài)記錄注水過程中高壓罐體13內(nèi)不同位置處瓦斯氣體壓力變化數(shù)據(jù)；5.根據(jù)實驗結(jié)果分析煤層注水動態(tài)驅(qū)替瓦斯效應(yīng)。權(quán)利要求
1.煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的裝置，該模擬實驗系統(tǒng)設(shè)有一個筒狀的高壓罐體(13)，高壓罐體(13)的下方設(shè)有底座(12)，其特征在于，高壓罐體(13)的側(cè)面通過多個壓力變送器(15)順序與數(shù)據(jù)采集器(2)及微機(I)匹配信息電連接，高壓罐體(13)的側(cè)面通過連通管順序與高壓定量充氣瓶(5)、精密壓力表(6)及瓦斯鋼瓶(7)相連通，連通管側(cè)面并連通有真空泵(8);高壓罐體(13)的內(nèi)部豎直設(shè)有注水管(11)，注水管(11)向外穿過高壓罐體(13)與高壓微量輸液泵(9)相連，高壓微量輸液泵(9)通過管道與水池(10)相連通；底座(12)的上部設(shè)有小型壓力機(3)，小型壓力機(3)的下部向下連接著密封活塞(16)，小型壓力機(3)與壓力機油泵(4)相連通。
2.煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的實驗步驟，其特征在于，向高壓罐體(13)內(nèi)裝入煤體，啟動壓力機油泵，連接密封活塞(16)的小型壓力機(3)向下運行，使密封活塞(16)進入高壓罐體(13)，并給煤體施加覆壓；開啟電加熱恒溫墊(18)，保證煤體處于恒溫狀態(tài)；通過真空泵(8)將高壓罐體(13)抽真空，高壓定量充氣瓶(5)將高壓瓦斯定量注入高壓罐體(13)，并進行24小時吸附平衡；啟動高壓微量輸液泵(9)將水池(10)中水通過注水管(11)均勻注入高壓罐體(13)內(nèi)，開啟數(shù)據(jù)采集器(2)，將導(dǎo)氣管(14)端部壓力通過壓力變送器(15)、數(shù)據(jù)采集器(2)傳入微機(1)，動態(tài)記錄注水過程中高壓罐體(13)內(nèi)不同位置處瓦斯氣體壓力變化數(shù)據(jù)；根據(jù)實驗結(jié)果分析煤層注水動態(tài)驅(qū)替瓦斯效應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的裝置，其特征在于，所述密封活塞(16)的外圈設(shè)有Y型密封墊(19)及O型密封圈(20)，Y型密封墊(19)為2道，O型密封圈(20)為I道，密封活塞(16)的上部匹配設(shè)有固定密封活塞螺栓(21)，密封活塞(16)通過固定密封活塞螺栓(21)與小型壓力機(3)進行固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的裝置，其特征在于，所述高壓罐體(13)的側(cè)面開有充放氣孔(17)，高壓罐體(13)的周圍包裝有電加熱恒溫墊(18)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)的裝置，其特征在于，所述高壓罐體(13)的側(cè)面連接的壓力變送器(15)的個數(shù)為3-6個。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種煤層注水驅(qū)替瓦斯效應(yīng)模擬實驗系統(tǒng)，該模擬實驗系統(tǒng)設(shè)有一個筒狀的高壓罐體，高壓罐體的側(cè)面通過壓力變送器順序與數(shù)據(jù)采集器及微機匹配信息電連接，高壓罐體的側(cè)面通過連通管順序與高壓定量充氣瓶、精密壓力表及瓦斯鋼瓶相連通，高壓罐體的內(nèi)部設(shè)有注水管，注水管向外穿過高壓罐體與高壓微量輸液泵相連；底座的上部設(shè)有小型壓力機，小型壓力機的下部向下連接著密封活塞。該模擬實驗系統(tǒng)可以有效模擬在不同條件下煤層注水驅(qū)替過程中瓦斯壓力變化規(guī)律，并能定量化分析多孔介質(zhì)中水驅(qū)氣兩相滲流規(guī)律，為煤層注水防突機理提供實驗支撐，還為礦井采用煤層注水防治煤與瓦斯突出提供了高效的理論指導(dǎo)。
文檔編號E21B47/06GK102979510SQ20121051513
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月5日
發(fā)明者楊永良, 劉震, 李增華, 季淮君, 唐一博, 彭英健, 楊繼超 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)