一種測試煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種煤樣瓦斯吸附解吸實驗系統(tǒng)，具體涉及一種適用于研究一種 測試煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)實驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤與瓦斯突出過程是極其復(fù)雜的，目前尚沒有提出統(tǒng)一的突出機理。研究煤體瓦 斯解吸擴散規(guī)律，對于煤與瓦斯突出預(yù)測、煤層瓦斯含量預(yù)測等具有很重要的現(xiàn)實意義。研 究表明：在煤層中，影響瓦斯解吸擴散的因素有很多:微觀上有煤的分子結(jié)構(gòu)、煤體內(nèi)部孔 隙特征、煤和瓦斯氣體的物理化學(xué)性質(zhì)等;宏觀上有煤樣粒度、煤的破壞類型、煤體內(nèi)原始 瓦斯含量、吸附平衡壓力等。煤體在瓦斯吸附和解吸過程中，煤體溫度會發(fā)生變化。近年來， 許多研究者開始了對煤體瓦斯解吸過程規(guī)律進行了研究，并相繼開發(fā)了測試煤巖吸附量以 及吸附解吸變形的技術(shù)和實驗裝置，但未有一種能夠準(zhǔn)確監(jiān)測煤體瓦斯吸附解吸過程中煤 體溫度變化的實驗系統(tǒng)。因此，有必要設(shè)計一種能夠監(jiān)測煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)的實驗 系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種測試煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)實驗 系統(tǒng)，其能夠?qū)γ后w瓦斯吸附、解吸實驗過程中的溫度變化進行實時精確測量，對于全面研 究煤體瓦斯吸附、解吸擴散規(guī)律及機理具有重要意義。
[0004] 本實用新型通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] -種測試煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)實驗系統(tǒng)，包括總管路、供瓦斯裝置、供氦氣裝 置、負壓抽放裝置、吸附裝置、解吸集氣系統(tǒng)、測壓系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)。
[0006] 供瓦斯裝置包括高壓瓦斯瓶，高壓瓦斯瓶的出口裝有第一壓力計和第一球閥。
[0007] 供氦氣裝置包括高壓氦氣瓶，高壓氦氣瓶的出口裝有第二壓力計和第二球閥；所 述供瓦斯裝置與供氦氣裝置通過三通連接到總管路上。
[0008] 負壓抽放裝置包括真空栗、真空計、第三球閥和分支連接管，所述真空栗、真空計 和第三球閥通過分支連接管依次串聯(lián)連通。
[0009] 吸附裝置包括樣品罐、參照罐、主進氣管、支進氣管、第一針閥和第二針閥，所述樣 品罐、參照罐、第一針閥和第二針閥通過支進氣管串聯(lián)連通。主進氣管一端通過三通與第一 針閥、第二針閥之間的支進氣管連通;主進氣管另一端通過四通與總管路、負壓抽放裝置的 分支連接管連通。
[0010] 解吸集氣系統(tǒng)包括升降臺、位于升降臺上部的龍頭瓶、頂部和底部封閉的量筒、集 氣管、第四球閥、排氣管和第五球閥。量筒的底部通過軟管與龍頭瓶的下部連通，量筒的頂 部設(shè)有集氣口和排氣口。集氣管的一端與第四球閥、量筒頂部集氣口連通，集氣管的另一端 與總管路連通。第五球閥通過排氣管與量筒連通。
[0011] 測壓系統(tǒng)包括位于支進氣管內(nèi)靠近樣品罐、參照罐進口處的兩個壓力傳感器和控 制臺；壓力傳感器通過導(dǎo)線與控制臺連接。
[0012]測溫系統(tǒng)包括位于樣品罐內(nèi)部的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集儀和計算機。溫度傳感器、 數(shù)據(jù)采集儀和計算機通過導(dǎo)線串聯(lián)連接。
[0013]上述的樣品罐的容積為參照罐的1.5~3倍。樣品罐主要由罐體和罐蓋組成。
[0014] 上述罐體和罐蓋之間設(shè)有"0"型密封圈。
[0015] 上述罐體內(nèi)部的側(cè)壁和底部均設(shè)有隔熱裝置。
[0016] 上述罐蓋上設(shè)有高壓進氣口和用于通過測溫系統(tǒng)導(dǎo)線的空心螺栓?？招穆菟ú捎?硅橡膠密封。
[0017] 上述的罐蓋的下部設(shè)有過濾裝置。過濾裝置由多層海綿或者無紡布組成。
[0018] 上述的樣品罐和參照罐均放置在恒溫箱中。
[0019] 本實用新型的有益效果：
[0020] 本實用新型的實驗系統(tǒng)不僅可以進行不同煤體粒度、煤種、瓦斯壓力等條件下的 煤體瓦斯吸附、解吸實驗，深入分析煤粒瓦斯解吸擴散規(guī)律，還能夠?qū)φ麄€煤體吸附解吸實 驗過程中的煤體內(nèi)部溫度變化規(guī)律進行連續(xù)準(zhǔn)確測量，為研究煤體瓦斯吸附解吸過程中的 溫度變化及熱效應(yīng)提供了實驗基礎(chǔ)，對于研究煤層瓦斯突出防治具有重要意義。
【附圖說明】
[0021 ]附圖1是本實用新型一種測試煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； [0022]附圖2是本實用新型中樣品罐的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中：1_高壓瓦斯瓶；11-第一壓力計；12-第一球閥；2-真空栗；21-第三球閥；22-分支連接管;23-真空計;3-解吸集氣系統(tǒng);31-升降臺；32-龍頭瓶;33-量筒;34-集氣管;35-第四球閥；36-第五球閥；37-排氣管;40-樣品罐;41-參照罐;42-主進氣管;43-支進氣管； 44-第一針閥；45-第二針閥；400-罐體;401-罐蓋;402-隔熱裝置;403-空心螺栓;404-高壓 進氣口； 405-過濾裝置;406-密封圈；5-恒溫箱;60-溫度傳感器;61-壓力傳感器;62-數(shù)據(jù)采 集儀;63-計算機;64-控制臺；7-高壓氦氣瓶;71-第二壓力計;72-第二球閥。
【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作更進一步的說明，以便本領(lǐng)域內(nèi)的技 術(shù)人員了解本實用新型。
[0025] -種測試煤體瓦斯吸附解吸熱效應(yīng)實驗系統(tǒng)，包括總管路、供瓦斯裝置、供氦氣裝 置、負壓抽放裝置、吸附裝置、解吸集氣系統(tǒng)3、測壓系統(tǒng)和測溫系統(tǒng)。
[0026] 供瓦斯裝置包括高壓瓦斯瓶1，高壓瓦斯瓶1的出口裝有第一壓力計11和第一球閥 12。
[0027] 供氦氣裝置包括高壓氦氣瓶7,高壓氦氣瓶7的出口裝有第二壓力計71和第二球閥 72;所述供瓦斯裝置與供氦氣裝置通過三通連接到總管路上。
[0028]負壓抽放裝置包括真空栗2、真空計23、第三球閥21和分支連接管22,所述真空栗 2、真空計23和第三球閥21通過分支連接管22依次串聯(lián)連通。
[0029]吸附裝置包括樣品罐40、參照罐41、主進氣管42、支進氣管43、第一針閥44和第二 針閥45,所述樣品罐40、參照罐41、第一針閥44和第二針閥45通過支進氣管43串聯(lián)連通。主 進氣管42-端通過三通與第一針閥44、第二針閥45之間的支進氣管43連通;主進氣管42另 一端通過四通與總管路、負壓抽放裝置的分支連接管22連通。
[0030] 解吸集氣系統(tǒng)3包括升降臺31、位于升降臺31上部的龍頭瓶32、頂部和底部封閉的 量筒33、集氣管34、第四球閥35、排氣管37和第五球閥36。量筒33的底部通過軟管與龍頭瓶 32的下部連通，量筒33的頂部設(shè)有集氣口和排氣口。集氣管34的一端與第四球閥35、量筒33 頂部集氣口連通，集氣管34的另一端與總管路連通。第五球閥36通過排氣管37與量筒33連 通。
[0031] 測壓系統(tǒng)包括位于支進氣管43內(nèi)靠近樣品罐40、參照罐41進口處的兩個壓力傳感 器61和控制臺64;壓力傳感器61通過導(dǎo)線與控制臺64連接。
[0032]測溫系統(tǒng)包括位于樣品罐40內(nèi)部的溫度傳感器60、數(shù)據(jù)采集儀62和計算機63。溫 度傳感器60、數(shù)據(jù)采集儀62和計算機63通過導(dǎo)線串聯(lián)連接。
[0033] 樣品罐40的容積為參照罐41的1.5~3倍。樣品罐40主要由罐體400和罐蓋401組 成。罐體400和罐蓋401之間設(shè)有"0"型密封圈406。罐體400內(nèi)部的側(cè)壁和底部均設(shè)有隔熱裝 置402。罐蓋401上設(shè)有高壓進氣口 404和用于通過測溫系統(tǒng)導(dǎo)線的空心螺栓403?？招穆菟?403采用硅橡膠密封。罐蓋401的下部設(shè)有過濾裝置405。過濾裝置405由多層海綿或者無紡 布組成。樣品罐40和參照罐41均放置在恒溫箱5中。
[0034]在使用該實驗系統(tǒng)試驗時，包括以下幾個步驟：
[0035] (1)實驗前準(zhǔn)備
[0036]選取井下工作面的新鮮煤樣進行嚴密封裝后送至實驗室，將新鮮煤樣粉碎、篩分 成所需的粒度，分別選取相應(yīng)粒度的煤樣進行工業(yè)分析、真密度和視密度等參數(shù)的測定。 [0037] (2)實驗系統(tǒng)的氣密性檢測
[0038] a.將未裝煤樣的煤樣罐40和參照罐41與整體實驗系統(tǒng)相連；
[0039] b.打開測壓系統(tǒng)；
[0040] c.充氦氣。充氣前應(yīng)確保系統(tǒng)中所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。充氣時首先打開高壓氦 氣瓶7出氣口的第二球閥72,將高壓氦氣瓶7出口壓力設(shè)定為一定值，然后依次打開第一針 閥44和第二針閥45,而后關(guān)閉所有閥門；
[0041] d.持續(xù)6h以上，觀察測壓系統(tǒng)控制臺64的樣品罐40和參照罐41壓力值變化情況。 若壓力值降低明顯，則說明系統(tǒng)存在漏氣點，必須對各個部分進行排查并處理;若壓力沒有 明顯變化，則說明系統(tǒng)氣密性良好，重復(fù)步驟c和d，直至壓力達到或超過實驗所需最高瓦斯 壓力。
[0042] (3)裝煤樣
[0043]將制備好的煤樣稱重后裝入樣品罐40、參照罐41內(nèi)，蓋好罐蓋401并擰緊螺絲確保 密封。為減少樣品罐40體內(nèi)自由空間體積，應(yīng)盡量將樣品罐40裝滿壓實。
[0044] (4)樣品罐自由空間體積標(biāo)定
[0045] 樣品罐40中的自由空間體積主要包括:氣體管路和閥門內(nèi)部空間體積;樣品罐內(nèi) 未充滿煤樣的剩余空間部分;樣品罐內(nèi)煤顆粒間的孔、裂隙。
[0046] 樣品罐40自由空間體積測試步驟如下：
[0047] a.設(shè)定溫度。調(diào)整設(shè)定恒溫箱5的溫度至30°C;
[0048] b.真空脫氣。確保所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟真空栗2,按順序打開第三球閥21、 第一針閥44和第二針閥45,對樣品罐40和參照罐41真空脫氣4h后，關(guān)閉第三球閥21、第一針 閥44和第二針閥45，關(guān)停真空栗2;
[0049] c.充氦氣。打開測壓系統(tǒng)，打開高壓氦氣瓶7出口第二球閥72,并調(diào)整壓力到某一 定值，