不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進(jìn)氣口，加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，測溫口設(shè)有溫度傳感器，進(jìn)氣口與氣路系統(tǒng)連接；恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，應(yīng)力加載測試缸設(shè)于恒溫箱中；氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進(jìn)氣管路、壓力傳感器、出氣管路、真空泵、流量傳感器等；溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機(jī)連接?？梢阅M測試實(shí)際煤礦中不同采動應(yīng)力約束條件下煤體的瓦斯吸附解吸擴(kuò)散行為，為研究煤體瓦斯運(yùn)移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
【專利說明】不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦開采中煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在我國的一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭約占67%，預(yù)測到2020年煤炭占60%左右，2050年仍將占50%以上。因此，煤炭在相當(dāng)長的時期內(nèi)將一直是我國居支配地位的主要能源。但是，我國的煤炭資源埋藏深度普遍較大，95%的煤炭需要井工開采，礦井以每年20m的速度向深部延伸，煤層瓦斯含量隨之增加，瓦斯災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)重。我國大中型礦井中高瓦斯和突出礦井占48%，建國以來發(fā)生煤與瓦斯突出事故I萬余次，占世界突出總數(shù)的1/3以上，其中最大的一次突出，突出煤炭和巖石量約12780噸，瓦斯150萬m3。同時，瓦斯也是一種溫室氣體，甲烷對臭氧層的破壞能力是二氧化碳的7倍，引起的升溫效應(yīng)是同體積二氧化碳的25倍。另外煤層瓦斯作為天然清潔能源，它還是一種資源，據(jù)測算，我國埋深2000m以淺的煤層氣35萬億m3，其中探明儲量約12萬億m3，遠(yuǎn)景儲量23萬億m3，大體與我國的天然氣總量相當(dāng)，資源十分豐富。目前世界擁有的煤層氣資源總量約為240萬億立方米，資源量最多的5個國家依次為:俄羅斯、中國、加拿大、美國、澳大利亞。據(jù)計算，1000立方米煤層氣相當(dāng)于I噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其發(fā)熱量可達(dá)30兆焦/立方米以上，據(jù)此估算我國的煤層氣儲量相當(dāng)于350億噸標(biāo)準(zhǔn)煤或240億噸石油。
[0003]因此，從治理煤礦瓦斯災(zāi)害煤與瓦斯突出和環(huán)境污染，以及開發(fā)利用來看，瓦斯抽放都是很好的途徑。
[0004]由于我國煤層透氣性差，抽放效果普遍不太理想，這為煤與瓦斯突出的預(yù)防帶來了很大的困難。煤層瓦斯以吸附、游離狀態(tài)儲存在煤層及鄰近巖層之中。瓦斯在煤層中的運(yùn)移過程是一個擴(kuò)散-滲流過程。首先是大量的吸附瓦斯在煤中的解吸擴(kuò)散。在煤礦開采過程中煤層原始應(yīng)力狀態(tài)被破壞而處于采動應(yīng)力影響之下，瓦斯平衡狀態(tài)被打破，吸附瓦斯開始解吸擴(kuò)散，最終從煤層涌出到巷道中。瓦斯整個的解吸擴(kuò)散過程處于不同應(yīng)力約束條件之下，而之前的研究對應(yīng)力的影響考慮較少，使得研究結(jié)果與實(shí)際存在偏差，進(jìn)而給瓦斯涌出預(yù)測等造成困難，對煤礦瓦斯防治工作不利。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置能用于研究瓦斯在煤體中的吸附解吸擴(kuò)散規(guī)律和研究清瓦斯運(yùn)移規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以真實(shí)模擬實(shí)際煤礦中煤層被采動時瓦斯在煤體中的吸附解吸擴(kuò)散行為，以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)力約束條件下的瓦斯吸附解吸擴(kuò)散行為的測試，為研究煤體瓦斯運(yùn)移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:[0008]本發(fā)明的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；
[0009]所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進(jìn)氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進(jìn)氣口與所述氣路系統(tǒng)連接；
[0010]所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)于所述恒溫箱中；
[0011]所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器；
[0012]所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機(jī)連接。
[0013]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以真實(shí)模擬實(shí)際煤礦中煤層被采動時瓦斯在煤體中的吸附解吸擴(kuò)散行為，以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)力約束條件下的瓦斯吸附解吸擴(kuò)散行為的測試，為研究煤體瓦斯運(yùn)移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力加載測試缸的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力加載測試缸的加載活塞的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力加載測試缸的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:
[0019]1、進(jìn)氣口，2、移動圓柱體，3、加壓口，4、加載活塞，5、圓柱形缸體，6、測溫口，7、凸
臺，8、橫向凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0021]本發(fā)明的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其較佳的【具體實(shí)施方式】如圖1所示:
[0022]包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；
[0023]所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進(jìn)氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進(jìn)氣口與所述氣路系統(tǒng)連接；
[0024]所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)于所述恒溫箱中；
[0025]所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器；
[0026]所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機(jī)連接。
[0027]如圖2、圖3、圖4所示，所述應(yīng)力加載測試缸包括圓柱形缸體，所述圓柱形缸體的一端設(shè)有加載活塞，所述加載活塞的內(nèi)端與所述圓柱形缸體的底壁之間形成煤樣室，所述測溫口和進(jìn)氣口與所述煤樣室連通。
[0028]所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁兩側(cè)分別設(shè)有橫向凹槽，所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述加載活塞的兩側(cè)面的中部設(shè)有與所述橫向凹槽對應(yīng)的凸臺，所述凸臺沿所述橫向凹槽推入至所述環(huán)形凹槽后旋轉(zhuǎn)90度卡在所述環(huán)形凹槽中，所述環(huán)形凹槽后側(cè)的缸壁內(nèi)設(shè)有移動圓柱體，所述移動圓柱體的前端抵在所述凸臺的后部，所述加壓口與所述移動圓柱體后部的空間連通。
[0029]所述出氣管路上設(shè)有人工流量計量裝置。
[0030]所述人工計量裝置包括量管、水準(zhǔn)瓶，所述量管的底部與所述水準(zhǔn)瓶的底部連通，所述量管的下部和所述水準(zhǔn)瓶的下部設(shè)有封閉液，所述量管的頂部與所述出氣管路連接。
[0031]所述應(yīng)力加載裝置包括手動泵。
[0032]本發(fā)明可以模擬測試實(shí)際煤礦中不同采動應(yīng)力約束條件下煤體的瓦斯吸附解吸擴(kuò)散行為，為研究煤體瓦斯運(yùn)移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
[0033]具體實(shí)施例的工作步驟為:
[0034]首先，開啟數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)，測試整個裝置的氣密性；然后，按要求做好的煤樣放進(jìn)測試缸中，連接好在整個實(shí)驗(yàn)裝置，抽真空；接著，對測試缸施加應(yīng)力，充入氣體；最后，當(dāng)氣體吸附平衡，開始瓦斯解吸擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0035]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)； 所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進(jìn)氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進(jìn)氣口與所述氣路系統(tǒng)連接； 所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)于所述恒溫箱中； 所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器； 所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載測試缸包括圓柱形缸體，所述圓柱形缸體的一端設(shè)有加載活塞，所述加載活塞的內(nèi)端與所述圓柱形缸體的底壁之間形成煤樣室，所述測溫口和進(jìn)氣口與所述煤樣室連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁兩側(cè)分別設(shè)有橫向凹槽，所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述加載活塞的兩側(cè)面的中部設(shè)有與所述橫向凹槽對應(yīng)的凸臺，所述凸臺沿所述橫向凹槽推入至所述環(huán)形凹槽后旋轉(zhuǎn)90度卡在所述環(huán)形凹槽中，所述環(huán)形凹槽后側(cè)的缸壁內(nèi)設(shè)有移動圓柱體，所述移動圓柱體的前端抵在所述凸臺的后部，所述加壓口與所述移動圓柱體后部的空間連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述出氣管路上設(shè)有人工流量計量裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述人工計量裝置包括量管、水準(zhǔn)瓶，所述量管的底部與所述水準(zhǔn)瓶的底部連通，所述量管的下部和所述水準(zhǔn)瓶的下部設(shè)有封閉液，所述量管的頂部與所述出氣管路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載裝置包括手動泵。
【文檔編號】G01N13/00GK103822856SQ201410096286
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】李祥春, 楊春麗, 聶百勝, 胡守濤, 王龍康 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)