专利名称：外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种瓦斯解吸实验装置。
背景技术：
随着对矿井瓦斯气体研究的不断深入，人们对瓦斯的认识已由传统的单一灾害防治对象逐步转变为资源开采利用上来。近年来，学者们已经认识到瓦斯解吸研究的重要性， 并相应开展了瓦斯吸附与解吸机理，以及瓦斯吸附解吸同压力、温度、水分、煤颗粒粒度、气体组分之间相互关系方面的实验研究，并取得了一定阶段性成果。瓦斯本身是一种非常规天然气，而在天然气勘探与开采界有一条普遍共识的规律，即“有水则无瓦斯”，也就是说在所勘探的地层区域内若存在径流水，则该区域就不存在瓦斯。该规律所暗示的基本原理是水对瓦斯在吸附剂(煤)表面在吸附位上具有置换作用，以及在水流动作用下对瓦斯具有驱替作用，这无疑给我们一种启示，即对于原始含瓦斯储层而言，在采用某种方式使外来水或某种液体强行侵入煤体的条件下，这种外来液体势必会对煤体内的瓦斯产生置换与驱替作用，这无疑会在某种程度上对瓦斯抽采具有积极作用。为了探索外来液体对含瓦斯煤体中的瓦斯所具有的解吸促进作用，需要借助相关仪器设备进行实验验证，正是基于以上想法，笔者就其实验装置首次进行了研发设计，以求为瓦斯抽采基础研究提供帮助。适宜的实验条件是保证获得可靠实验结果和合理实验结论的前提和保障。当前在瓦斯吸附解吸实验研究领域，所采用的实验仪器主要有两类，一类是现成的仪器设备，即利用已有的仪器设备进行实验测定；另一类是自行研发的实验设备，即根据实验的需要自行设计实验仪器，以此来进行实验测定。无论采用哪种设备，其最基本的前提是满足实验研究的需要。常见的现成瓦斯吸附解吸仪器主要有以下几种1) IS-100型气体等温吸附解吸仪。该仪器由美国Terra Tek公司生产，它不仅能够实现瓦斯常规等温吸附解吸实验，而且还能够通过人为调整降低实验缸内的压力，并向样品缸内注入其它气体进行竞位吸附，然后通过采集不同压力点吸附解吸平衡后的气样， 来分析气体组分的变化，以此来进行气置气实验。2)ASAP比表面积测定仪。该仪器主要用于材料孔大小、总孔体积和表面积、吸附热、孔容等参数测定，工作原理为等温物理吸附的静态容量法。利用该仪器可间接测定气体吸附后的解吸情况。3) AST-1000煤层气等温吸附解吸仿真实验仪。4)WY-98B型吸附常数测定仪。该仪器由煤科总院抚顺分院研制，仅能测定煤对甲烷的吸附常数a和b值。对于上述仪器而言，基本均是用于瓦斯吸附方面的实验研究，而对于瓦斯解吸方面的研究，则是建立在瓦斯吸附与解吸完全可逆的基础上，以吸附来逆推解吸，由于瓦斯吸附与解吸是否可逆一直存在争议，因此尚不能确切地认为用吸附实验完全代替解吸实验就是科学合理的。而从现有自行设计的瓦斯解吸装置来看，其解吸过程均是隶属环境条件为常压或无压条件下的解吸过程，无法模拟瓦斯抽采过程中含瓦斯煤中瓦斯的带压解吸过程 (所处的环境具有一定的瓦斯压力)。另外，从现有的实验设备与装置来看，均无法用于研究原始含瓦斯煤体在外液侵入条件下其瓦斯的解吸过程，即无法用于外液的侵入到底对原始含有瓦斯的煤体中的瓦斯解吸有何影响方面的实验研究。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置，以解决目前外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置无法带压解吸的问题。本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是所述外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置，所述实验装置包括真空泵、高压连接软管、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、参考缸、样品缸、气瓶和管路，所述实验装置还包括第一压力表、第二压力表和内置外液联动装置，真空泵与高压连接软管的左端口连通，高压连接软管分别与参考缸和样品缸连通，内置外液联动装置设置在样品缸内，高压连接软管上设有第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，第一控制阀位于真空泵和第一压力表之间，第二控制阀位于第一压力表和第二压力表之间，第三控制阀位于第二控制阀和第二压力表之间，第四控制阀位于第二压力表与高压连接软管的右端口之间，管路上设有第五控制阀，气瓶通过管路与高压连接软管连通，且管路的出口端位于第二控制阀和第三控制阀之间，参考缸上设有用于测量参考缸内压力的第一压力表，样品缸上设有用于测量样品缸内压力的第二压力表，内置外液联动装置由装液缸、均布分散器、至少一个钢球、壳体和煤样瓶构成，煤样瓶设在壳体内的底部，均布分散器设在煤样瓶的上部且均布分散器固接在壳体内，装液缸设在均布分散器上且装液缸与壳体固接，装液缸的底部设有至少一个出液口，至少一个出液口上设有钢球，钢球的数量与出液口的数量一致。本实用新型中设置了内置外液联动装置，模拟了含瓦斯煤所处的原始环境条件， 可以进行外液侵入条件下带压解吸实验，同时本实用新型仍然可以做常规瓦斯吸附解吸实验和常压条件下的瓦斯解吸实验，本实用新型不仅能够为瓦斯解吸领域的基础实验研究提供必备条件，而且还对促进我国瓦斯资源的高效开采研究具有一定的积极作用。
图1是本实用新型的整体结构示意图，图2是内置外液联动装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1说明本实施方式，本实施方式的外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置，所述实验装置包括真空泵1、高压连接软管2、第一控制阀3、第二控制阀4、 第三控制阀5、第四控制阀6、第五控制阀7、参考缸10、样品缸11、气瓶13和管路14，所述实验装置还包括第一压力表8、第二压力表9和内置外液联动装置12，真空泵1与高压连接软管2的左端口连通，高压连接软管2分别与参考缸10和样品缸11连通，内置外液联动装置12设置在样品缸11内，高压连接软管2上设有第一控制阀3、第二控制阀4、第三控制阀5 和第四控制阀6，第一控制阀3位于真空泵1和第一压力表8之间，第二控制阀4位于第一压力表8和第二压力表9之间，第三控制阀5位于第二控制阀4和第二压力表9之间，第四控制阀6位于第二压力表9与高压连接软管2的右端口之间，管路14上设有第五控制阀7， 气瓶13通过管路14与高压连接软管2连通，且管路14的出口端位于第二控制阀4和第三控制阀5之间，参考缸10上设有用于测量参考缸10内压力的第一压力表8，样品缸11上设有用于测量样品缸11内压力的第二压力表9，内置外液联动装置12由装液缸12-1、均布分散器12-2、至少一个钢球12-3、壳体12-4和煤样瓶12_5构成，煤样瓶12_5设在壳体12_4 内的底部，均布分散器12-2设在煤样瓶12-5的上部且均布分散器12-2固接在壳体12_4 内，装液缸12-1设在均布分散器12-2上且装液缸12-1与壳体12-4固接，装液缸12_1的底部设有至少一个出液口 12-6，至少一个出液口 12-6上设有钢球12-3，钢球12_3的数量与出液口 12-6的数量一致。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的均布分散器12-2的底部均布设有一组分散孔12-7，此结构可将外液均勻洒出。其他组成及连接关系与具体实施方式
一相同。工作原理利用本实用新型进行外液侵入条件下含瓦斯煤体的瓦斯解吸规律实验研究，其基本实验操作过程如下1)首先制备一定粒度的煤样，并按实验需要从中取出一定质量的煤样作为实验样品以备用，同时配置一定浓度的外液以待用，外液可以是水，也可以是具有一定浓度的某种溶液。2)将外液放入装液缸12-1内、煤样装入煤样瓶12-5内，将整个内置外液联动装置 12置入样品缸11内，检查整个系统的气密性，以保证实验在密闭条件下进行。3)参照煤高压等温吸附实验(GB/T19560-2008)中高压容量法的实验过程，通过真空泵1对参考缸10和样品缸11进行真空脱气(此时开启第一控制阀3、第二控制阀4、 第三控制阀5和第四控制阀6，第五控制阀7关闭)，而后注入氦气并求测煤样瓶12-5内煤样的实体体积以及自由空间的体积(此时关闭第一控制阀3、第二控制阀4、第三控制阀5 和第四控制阀6，开启第五控制阀7)。4)再次进行真空脱气，而后注入甲烷到一定压力p。，经过24h使样品缸11内瓦斯吸附达到平衡状态，平衡后的压力记为P。。5)将样品缸11倾斜一个角度，使内置外液联动装置12的钢球12-3脱离出液口 12-6，装液缸12-1内的外液通过均布分散器12-2均勻洒在煤样上，然后通过样品缸11上的压力表分别记录不同时间点时的压力值Pi,并按下式计算煤样在不同时间点时的瓦斯解吸量。
权利要求1.一种外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置，所述实验装置包括真空泵(1)、高压连接软管(2)、第一控制阀(3)、第二控制阀(4)、第三控制阀(5)、第四控制阀(6)、第五控制阀 (7)、参考缸(10)、样品缸(11)、气瓶(1 和管路(14)，其特征在于所述实验装置还包括第一压力表(8)、第二压力表(9)和内置外液联动装置(12)，真空泵(1)与高压连接软管(2) 的左端口连通，高压连接软管( 分别与参考缸(10)和样品缸(11)连通，内置外液联动装置(1 设置在样品缸(11)内，高压连接软管( 上设有第一控制阀(3)、第二控制阀0)、 第三控制阀( 和第四控制阀(6)，第一控制阀C3)位于真空泵(1)和第一压力表(8)之间，第二控制阀(4)位于第一压力表(8)和第二压力表(9)之间，第三控制阀( 位于第二控制阀(4)和第二压力表(9)之间，第四控制阀(6)位于第二压力表(9)与高压连接软管 (2)的右端口之间，管路(14)上设有第五控制阀(7)，气瓶(1 通过管路(14)与高压连接软管( 连通，且管路(14)的出口端位于第二控制阀(4)和第三控制阀( 之间，参考缸 (10)上设有用于测量参考缸(10)内压力的第一压力表(8)，样品缸(11)上设有用于测量样品缸(11)内压力的第二压力表(9)，内置外液联动装置(1 由装液缸(12-1)、均布分散器(12-2)、至少一个钢球(12-3)、壳体(12-4)和煤样瓶(12_5)构成，煤样瓶(12_5)设在壳体(12-4)内的底部，均布分散器(12- 设在煤样瓶(12- 的上部且均布分散器(12-2) 固接在壳体(12-4)内，装液缸(12-1)设在均布分散器(12- 上且装液缸(12-1)与壳体 (12-4)固接，装液缸(12-1)的底部设有至少一个出液口(12-6)，至少一个出液口(12_6) 上设有钢球(12-3)，钢球(12-3)的数量与出液口(12-6)的数量一致。
2.根据权利要求1所述外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置，其特征在于所述均布分散器(12- 的底部均布设有一组分散孔(12-7)。
专利摘要外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置，它涉及一种瓦斯解吸实验装置。针对目前外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置无法带压解吸的问题。真空泵与高压连接软管的左端口连通，高压连接软管分别与参考缸和样品缸连通，内置外液联动装置设置在样品缸内，气瓶通过管路与高压连接软管连通，高压连接软管上设有第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，管路上设有第五控制阀，煤样瓶设在壳体内的底部，均布分散器设在煤样瓶的上部且均布分散器固接在壳体内，装液缸设在均布分散器上且装液缸与壳体固接，装液缸的底部设有至少一个出液口，至少一个出液口上设有钢球。本实用新型用于外液侵入条件下瓦斯解吸实验。
文档编号G01N15/08GK201965070SQ201120046409
公开日2011年9月7日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者侯凤才, 康宇, 张国华, 徐云青, 梁冰, 毕业武, 蒲文龙 申请人:黑龙江科技学院