一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。所述裝置由氣調(diào)系統(tǒng)、等壓滲吸系統(tǒng)和等壓加水系統(tǒng)組成。所述裝置通過(guò)玻璃瓶對(duì)液態(tài)蒸餾水的單獨(dú)密封并與實(shí)驗(yàn)煤樣一起預(yù)置于密閉煤樣罐內(nèi)；煤樣吸附平衡后，需要水分進(jìn)入含瓦斯煤時(shí)，打破玻璃瓶，從而實(shí)現(xiàn)了含瓦斯煤等壓加水；通過(guò)等壓滲吸裝置，實(shí)現(xiàn)了含瓦斯煤的等壓滲吸，并通過(guò)瓦斯解吸儀定量收集置換出的瓦斯。本實(shí)用新型簡(jiǎn)單易行、原理可靠，可以實(shí)現(xiàn)不同吸附平衡和不同含水率條件下的等壓滲吸實(shí)驗(yàn)，解決目前無(wú)法定量、準(zhǔn)確的研究煤層注水后水分對(duì)瓦斯?jié)B吸置換作用的問(wèn)題，有助于更好地認(rèn)清煤層注水治理瓦斯機(jī)理，為煤礦更好利用煤層注水技術(shù)治理瓦斯提供參考。
【專利說(shuō)明】
一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]瓦斯是煤礦安全的“第一殺手”。在治理煤層瓦斯方面，通過(guò)向煤層中注水來(lái)消除煤層瓦斯危險(xiǎn)性的方法被證明為有效，并在我國(guó)得到了應(yīng)用和推廣。但是由于對(duì)煤層注水治理瓦斯機(jī)理目前仍存在著較大的分歧，這個(gè)在很大程度上限制了煤層注水防治瓦斯技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。
[0003]目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)煤層注水治理瓦斯機(jī)理進(jìn)行了研究并取得一些成果，例如在煤礦現(xiàn)場(chǎng)方面，一些學(xué)者用不同方法進(jìn)行了煤礦現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，證實(shí)了水分能夠使煤體塑性增強(qiáng)，脆性減弱，使煤體塑性變形，釋放出一部分彈性潛能，增大工作面卸壓帶長(zhǎng)度，促進(jìn)了煤層的消突，同時(shí)高壓注水能夠使煤體壓裂、疏松，使煤層透氣性增大并能驅(qū)趕出游離瓦斯，進(jìn)而降低了瓦斯含量和瓦斯壓力，達(dá)到治理瓦斯的效果，同時(shí)也通過(guò)對(duì)煤層注水區(qū)域內(nèi)瓦斯?jié)舛?、瓦斯流量以及殘余瓦斯含量等參?shù)的考察，認(rèn)為水分不僅能夠?qū)ν咚菇馕鸬椒舛伦饔?，也能夠通過(guò)滲吸作用將瓦斯置換出來(lái)，促進(jìn)瓦斯的解吸。但由于水分對(duì)瓦斯解吸的影響是煤體、瓦斯和水分的微觀效應(yīng)的綜合效應(yīng)，在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法定量研究，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了水分對(duì)瓦斯解吸的影響研究；在實(shí)驗(yàn)室方面，很多學(xué)者主要是通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行高壓注水，然后通過(guò)煤體中瓦斯解吸速度和殘余瓦斯含量等參數(shù)進(jìn)行水分對(duì)瓦斯解吸的影響方面研究，認(rèn)為水分能夠抑制瓦斯的解吸；另外一部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)注水后煤樣罐中壓力升高明顯，證實(shí)了水分能夠置換出煤體中瓦斯，促進(jìn)解吸。在高壓注水時(shí)，煤樣罐中壓力突然的升高促進(jìn)了游離瓦斯的重新吸附以及高壓水能夠驅(qū)替出煤樣中的游離瓦斯，無(wú)法剝離開(kāi)抑制、驅(qū)趕與置換作用，因此也無(wú)法研究抑制、置換和驅(qū)替作用的作用機(jī)理和影響程度。一些學(xué)者也對(duì)等壓吸水后滲吸置換效應(yīng)進(jìn)行了單因素的研究，但等壓吸水后發(fā)生的置換作用使得實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)壓力升高，使得游離瓦斯重新吸附，這也造成了置換量測(cè)試數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確。
[0004]滲吸是指在多孔介質(zhì)中，潤(rùn)濕相流體利用毛細(xì)管力作用置換非潤(rùn)濕相流體。在低滲透裂縫性油藏注水開(kāi)采過(guò)程中，水分在毛細(xì)管力作用下從裂縫滲吸進(jìn)入含油的基質(zhì)巖塊中，可以將基質(zhì)的原油置換出來(lái)，許多研究學(xué)者認(rèn)為滲吸驅(qū)油是裂縫性油藏的有效驅(qū)油機(jī)理。煤體是一種非均質(zhì)多孔介質(zhì)，孔隙、裂隙分布極度復(fù)雜。煤層注水后，水分進(jìn)入煤體裂隙和孔隙，在毛細(xì)管力的作用下進(jìn)入孔隙置換出瓦斯，一方面由于煤體是多孔介質(zhì)，存在著毛細(xì)管力；另一方面由于水比甲烷對(duì)煤體更有親和力，能夠置換出瓦斯。因此，如果能研究出一種實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法定量、準(zhǔn)確的測(cè)定出水分對(duì)煤體瓦斯的置換量，就能夠定量研究出水分對(duì)煤體中瓦斯解吸的促進(jìn)程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種可以定量、準(zhǔn)確的測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，以解決高壓注水的干擾和滲吸過(guò)程置換出的游離瓦斯因壓力升高而被重新吸附的問(wèn)題，能夠單因素、定量的研究水分的置換作用，進(jìn)而為逐一的研究抑制、驅(qū)替作用奠定基礎(chǔ)，以助于更好的認(rèn)清煤層注水治理瓦斯機(jī)理，也為煤礦更好利用煤層注水技術(shù)治理瓦斯提供參考。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:
[0007]一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，由氣調(diào)系統(tǒng)、等壓滲吸系統(tǒng)和等壓加水系統(tǒng)組成。
[0008]所述的氣調(diào)系統(tǒng)包括甲烷充氣系統(tǒng)和真空脫氣系統(tǒng)，甲烷充氣系統(tǒng)包括通過(guò)管路依次連接的高壓甲烷氣瓶1、閥門2、參考罐3、壓力傳感器4、閥門5，真空脫氣系統(tǒng)包括通過(guò)管路依次連接的真空栗6、復(fù)合真空計(jì)7、閥門8，甲烷充氣系統(tǒng)和真空脫氣系統(tǒng)通過(guò)管路共同連接于三通9，三通9通過(guò)管路連接于等壓滲吸系統(tǒng)。
[0009]所述的等壓加水系統(tǒng)設(shè)置于恒溫箱29內(nèi)部，與三通10連接的管路另一端連接可旋轉(zhuǎn)針閥23，且管路上有閥門22，可旋轉(zhuǎn)針閥23設(shè)置在煤樣罐25的罐蓋中心接口上，煤樣罐25內(nèi)放置型煤26，型煤26中心有預(yù)留孔洞，孔洞底部放置微凸起的圓柱體鐵塊27，圓柱體鐵塊27上放置密閉的儲(chǔ)水玻璃瓶28，儲(chǔ)水玻璃瓶28上端位于可旋轉(zhuǎn)針閥23正下端，煤樣罐25的罐蓋左側(cè)還有一處接口且有壓力傳感器24設(shè)置于此接口處。
[0010]所述的等壓滲吸系統(tǒng)通過(guò)三通10分別連接右側(cè)的氣調(diào)系統(tǒng)和左側(cè)的等壓加水系統(tǒng)，三通10向上通過(guò)第一段管路連接密閉腔體12且管路上設(shè)置閥門11，第一段管路從密閉腔體12底部中心穿入密閉腔體12內(nèi)部，第一段管路在密閉腔體內(nèi)部由一段長(zhǎng)度為5?1cm軟膠管13連接第二段管路，第二段管路從軟膠管13上部中心穿出并且管路末端連接瓦斯解吸儀16;密閉腔體12上部開(kāi)設(shè)三個(gè)接口，第二段管路從中心接口穿過(guò)，左側(cè)接口連接閥門15，右側(cè)接口連接安裝精密壓力表14以及氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)，氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)由管路依次連接的閥門17、壓力傳感器18、參考罐19、閥門20、高壓氮?dú)鈿馄?1組成。
[0011]所述的壓力傳感器4、壓力傳感器18、壓力傳感器24都連接有顯示器。
[0012]本實(shí)用新型提供了一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，能夠研究水分對(duì)瓦斯解吸影響。該實(shí)驗(yàn)裝置不僅能夠排除高壓注水的干擾，而且能夠解決滲吸過(guò)程置換出的游離瓦斯因壓力升高而被重新吸附的問(wèn)題，單獨(dú)、準(zhǔn)確定量的研究不同吸附平衡壓力、不同含水率下的置換效應(yīng)，為逐一的研究抑制、驅(qū)替作用提供理論支撐，有助于更好地認(rèn)清煤層注水治理瓦斯機(jī)理，為煤礦現(xiàn)場(chǎng)充分的利用煤層注水治理瓦斯提供技術(shù)指導(dǎo)。
【附圖說(shuō)明】

[0013]圖1是本實(shí)用新型的一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn)以更加簡(jiǎn)單、清楚的方式展現(xiàn)出來(lái)，本實(shí)用新型將結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0015]本實(shí)用新型涉及一種含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，包括氣調(diào)系統(tǒng)、等壓滲吸系統(tǒng)和等壓加水系統(tǒng)，所述氣調(diào)系統(tǒng)是用于向煤樣罐中充填甲烷并調(diào)節(jié)吸附平衡的壓力值，所述等壓滲吸系統(tǒng)排除了滲吸置換出的瓦斯造成煤樣罐壓力的升高引起游離瓦斯重新吸附的影響，所述等壓加水排除了高壓注水帶來(lái)的影響。
[0016]所述的氣調(diào)系統(tǒng)，由通過(guò)管路依次連接的高壓甲烷氣瓶1、閥門2、參考罐3、壓力傳感器4、閥門5組成甲烷充氣系統(tǒng)和通過(guò)管路依次連接的真空栗6、復(fù)合真空計(jì)7、閥門8組成的真空真空脫氣系統(tǒng)兩個(gè)部分組成，兩部分系統(tǒng)共同連接于三通9，并通過(guò)三通9連接到整個(gè)含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置中，主要用于向等壓加水系統(tǒng)中的煤樣罐充入甲烷氣體，并使煤樣罐中的型煤吸附平衡。
[0017]所述的等壓滲吸系統(tǒng)通過(guò)三通10連接入整個(gè)測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置中，并且通過(guò)此三通10連通右側(cè)的氣調(diào)系統(tǒng)和左側(cè)的等壓加水系統(tǒng)，三通10向上的管路連接密閉腔體12且管路末端連接于瓦斯解吸儀16，位于密閉腔體12內(nèi)部中段的管路用5cm軟膠管代替，軟膠管通過(guò)活動(dòng)金屬卡子與管路進(jìn)行連接，保證氣密性;密閉腔體12的罐蓋上開(kāi)設(shè)三個(gè)接口，上述管路從中心接口穿出，左側(cè)接口連接閥門15，閥門15用于向密閉腔體12內(nèi)加水和泄氣調(diào)節(jié)壓力，右側(cè)接口連接精密壓力表14以及氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)，精密壓力表14用于監(jiān)測(cè)密閉腔體12內(nèi)部壓力，氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)由管路依次連接的閥門17、壓力傳感器18、參考罐19、閥門20、高壓氮?dú)鈿馄?1組成，充氣系統(tǒng)用于保證密閉腔體12內(nèi)部壓力恒定;使用時(shí)須通過(guò)閥門15向密閉腔體12內(nèi)加入占罐體總體積3/4的水，使得水淹沒(méi)軟膠管13，然后通過(guò)氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)向密閉腔體12充氣至特定值，當(dāng)煤樣罐25中的壓力?2大于精密壓力表14顯示數(shù)值Pdf，密閉腔體12內(nèi)的軟膠管13打開(kāi)，煤樣罐25中的甲烷氣體可通過(guò)等壓滲吸系統(tǒng)到達(dá)瓦斯解吸儀16，氣體通過(guò)管路排出，因此煤樣罐中的壓力內(nèi)降低；當(dāng)煤樣罐25中的壓力P2小于精密壓力表14顯示數(shù)值丹時(shí)，軟膠管13在水和氣的作用下再次閉合。
[0018]所述的等壓加水系統(tǒng)，由煤樣罐25，型煤26、儲(chǔ)水玻璃瓶28、可旋轉(zhuǎn)針閥23、壓力傳感器24、閥門22、圓柱體鐵塊27及管路組成，整個(gè)等壓加水系統(tǒng)放置于恒溫水域29內(nèi)，壓力傳感器24與顯示器連接，通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊在電腦上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控煤樣罐25內(nèi)壓力；型煤26吸附平衡后，向下旋轉(zhuǎn)密閉煤樣罐25頂部的旋轉(zhuǎn)針閥23，針閥23向下運(yùn)動(dòng)擠壓儲(chǔ)水玻璃瓶28，由于儲(chǔ)水玻璃瓶28底提前預(yù)置微凸起的圓柱體鐵塊27，瓶底受到擠壓而破碎，從而實(shí)現(xiàn)水分等壓進(jìn)入型煤26。
[0019]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下:
[0020]步驟一，型煤制備:將采集到的原煤在粉碎機(jī)上粉碎后，采用0.25mm和0.5mm的組合篩分別篩選出0.25mm?0.5mm和0.25mm以下兩種粒度的煤粉，按1:2的比例混合均勾后加入適量的水，在壓力機(jī)上以恒定80KN的壓力下壓制Ih制作成中心有孔洞的特制型煤，型煤規(guī)格為Φ 50mmX 80mm, ψ心孔洞尺寸為Φ 22mmX 80mm，制備完成后將型煤置于紅外干燥箱內(nèi)，在105°C條件下干燥至型煤恒重為止；
[0021 ]步驟二，水樣制備:依據(jù)干燥型煤質(zhì)量和實(shí)驗(yàn)擬定含水率將一定質(zhì)量的蒸餾水裝入定制的玻璃瓶中，若玻璃瓶裝入蒸餾水后仍有部分剩余空間，采用蠟封方式使液態(tài)石蠟占據(jù)剩余空間，以消除這部分體積對(duì)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的干擾，待液態(tài)蠟?zāi)毯螅捎肁-B膠密封玻璃瓶；
[0022]步驟三，實(shí)驗(yàn)樣品裝罐:先將上部微凸起的圓柱體鐵塊放置于型煤底部，微凸起的部分朝上，然后將其整體裝入煤樣罐，之后將儲(chǔ)水玻璃瓶緩慢裝入型煤中心孔洞，使玻璃瓶底接觸鐵塊的微凸起部分，然后密封煤樣罐；
[0023]步驟四，真空脫氣:通過(guò)氣調(diào)系統(tǒng)的真空脫氣系統(tǒng)將煤樣罐真空脫氣至1Pa以下；
[0024]步驟五，充入氣體:設(shè)定恒溫水浴溫度，在特定溫度下，通過(guò)甲烷充氣系統(tǒng)向煤樣罐沖入甲烷氣體，待達(dá)到吸附平衡壓力Po后，關(guān)閉甲烷充氣系統(tǒng)；
[0025]步驟六，設(shè)定壓力:在密閉腔體中加入水使其淹沒(méi)軟膠管，通過(guò)氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)調(diào)節(jié)，使精密壓力表14顯示數(shù)值?工與吸附平衡壓力Po相等。
[0026]步驟七，含瓦斯煤等壓加水:煤樣吸附平衡后，向下旋轉(zhuǎn)密閉煤樣罐頂部的旋轉(zhuǎn)針閥，針閥向下運(yùn)動(dòng)擠壓玻璃瓶，由于玻璃瓶底提前預(yù)置微凸起的圓柱體鐵塊，瓶底受到擠壓而破碎，從而實(shí)現(xiàn)水分等壓進(jìn)入含瓦斯煤。
[0027]步驟八，等壓滲吸測(cè)試:通過(guò)等壓加水，水分接觸型煤并且開(kāi)始發(fā)生滲吸作用，打開(kāi)閥門，能夠使煤樣罐中的壓力保持恒定，排出因滲吸置換出的瓦斯造成系統(tǒng)壓力升高引起游離瓦斯重新吸附的影響，實(shí)驗(yàn)等壓滲吸，置換出的瓦斯進(jìn)入瓦斯解吸儀，利用秒表每30秒計(jì)數(shù)一次，直至瓦斯解吸儀讀數(shù)2h不再變化，進(jìn)而定量、準(zhǔn)確的測(cè)量出置換量。
[0028]本實(shí)驗(yàn)裝置可以通過(guò)等壓加水系統(tǒng)以及等壓滲吸系統(tǒng)，研究型煤在不同含水率、不同吸附平衡壓力下等壓滲吸效應(yīng)，進(jìn)而能夠準(zhǔn)確的分析水分、吸附平衡壓力對(duì)滲吸置換效應(yīng)的影響。
[0029]以上實(shí)施例僅以說(shuō)明而非限制本實(shí)用新型的技術(shù)方案，參照上述實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠按照實(shí)施例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在不改變本實(shí)用新型原理和方法上，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行局部的替換，均應(yīng)包括在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種測(cè)試含瓦斯煤體等壓滲吸效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，由氣調(diào)系統(tǒng)、等壓滲吸系統(tǒng)和等壓加水系統(tǒng)組成； 所述的氣調(diào)系統(tǒng)包括甲烷充氣系統(tǒng)和真空脫氣系統(tǒng)，甲烷充氣系統(tǒng)包括通過(guò)管路依次連接的高壓甲烷氣瓶(I)、閥門(2)、參考罐(3)、壓力傳感器(4)、閥門(5)，真空脫氣系統(tǒng)包括通過(guò)管路依次連接的真空栗(6)、復(fù)合真空計(jì)(7)、閥門(8)，甲烷充氣系統(tǒng)和真空脫氣系統(tǒng)通過(guò)管路共同連接于三通(9)，三通(9)通過(guò)管路連接于等壓滲吸系統(tǒng)； 所述的等壓滲吸系統(tǒng)通過(guò)三通(10)分別連接右側(cè)的氣調(diào)系統(tǒng)和左側(cè)的等壓加水系統(tǒng)，三通(10)向上通過(guò)第一段管路連接密閉腔體(12)且管路上設(shè)置閥門(11)，第一段管路從密閉腔體(12)底部中心穿入密閉腔體(12)內(nèi)部，第一段管路在密閉腔體內(nèi)部由一段長(zhǎng)度為5?1cm軟膠管(13)連接第二段管路，第二段管路從軟膠管(13)上部中心穿出并且管路末端連接瓦斯解吸儀(16);密閉腔體(12)上部開(kāi)設(shè)三個(gè)接口，第二段管路從中心接口穿過(guò)，左側(cè)接口連接閥門(15)，右側(cè)接口連接安裝精密壓力表(14)以及氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)，氮?dú)獬錃庀到y(tǒng)由管路依次連接的閥門(17)、壓力傳感器(18)、參考罐(19)、閥門(20)、高壓氮?dú)鈿馄?21)組成； 所述的等壓加水系統(tǒng)設(shè)置于恒溫水浴(29)內(nèi)部，與三通(10)連接；另一端連接可旋轉(zhuǎn)針閥(23)，且管路上有閥門(22)，可旋轉(zhuǎn)針閥(23 )設(shè)置在煤樣罐(25)的罐蓋中心接口上，煤樣罐(25)內(nèi)放置型煤(26)，型煤(26)中心有預(yù)留孔洞，孔洞底部放置微凸起的圓柱體鐵塊(27)，圓柱體鐵塊(27)上放置密閉的儲(chǔ)水玻璃瓶(28)，儲(chǔ)水玻璃瓶(28)上端位于可旋轉(zhuǎn)針閥(23)正下端，煤樣罐(25)的罐蓋左側(cè)還有一處接口且有壓力傳感器(24)設(shè)置于此接口處。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK205719888SQ201620567664
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】王兆豐, 樊亞慶, 張建國(guó), 陳金生, 呂有廠, 岳基偉, 陳喜恩, 顧熠凡, 孫矩正, 董家昕
【申請(qǐng)人】河南理工大學(xué), 中國(guó)平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司