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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

文檔序號:6220977閱讀:349來源:國知局
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)
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