一种改变气体湿度及出口端正压的三轴渗流装置的制作方法

本发明属于实验器具技术领域，尤其涉及一种改变气体湿度及出口端正压的三轴渗流装置。

背景技术：

我国的煤炭资源丰富，在采煤作业时，巷道掘进难免破坏地下煤层的小气候，改变矿井内原有的空气湿度。矿井蕴含丰富的煤层气资源，其主要成分是瓦斯。在煤层瓦斯运移过程中，渗透率是反映煤层内瓦斯渗流难易程度重要参数之一，同时，渗透率也是瓦斯渗流力学与工程的一个关键研究方向。因此，煤层瓦斯渗透率的测算方法研究对瓦斯渗流力学发展至关重要，同时煤与瓦斯突出等一系列矿山安全问题亟待被解决。因此研究气体的湿度对煤渗透率的影响具有重要意义，目前为止还没有可改变气体湿度的三轴渗流装置，因此有必要对现有的三轴渗流装置进行一定的改进以模拟煤矿开采现场气体湿度的变化。

技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题：提供一种改变气体湿度及出口端正压的三轴渗流装置，以解决现有技术的三轴渗流装置不能改变气体湿度，不能模拟煤矿开采现场气体湿度的变化对煤渗透率的影响等技术问题。

本发明技术方案：

一种改变气体湿度及出口端正压的三轴渗流装置，它包括三轴压力系统，气体供给系统与三轴压力系统进气端通过管路连接；三轴压力系统的出气端与正压调节系统通过管路连接，正压调节系统与流量测定系统通过管路连接；压力加载系统与三轴压力系统连接；真空脱气系统通过管路连接到正压调节系统与流量测定系统之间。

气体供给系统包括储气管、水蒸汽产生装置和气体混合装置，储气管通过管道与气体混合装置连接，连接管道上依次设置有第二减压阀、第二压力表和第二开关阀；气体混合装置通过管道与气体混合装置连接，连接管道上依次设置有第一减压阀、第一压力表和第一开关阀；气体混合装置通过管道与三轴压力系统进气端连接，连接管道上依次设置有第三压力表和第三减压阀。

正压调节系统包括压力表、第四减压阀和正压调节阀，依次安装在三轴压力系统出气端管道上。

流量测定系统为流量计，流量计与正压调节系统出气端连接，在流量计与正压调节系统之间的管道上设置有止回阀。

压力加载系统包括轴压泵和围压泵，轴压泵与三轴压力系统的轴压管连接；围压泵与三轴压力系统的围压管连接。

真空脱气系统包括真空泵，真空泵通过第三开关阀后连接在正压调节系统与流量测定系统之间的管路上。

三轴压力系统内安装有湿度传感器，湿度传感器与湿度仪导线连接。

水蒸汽产生装置包括水箱，水箱内安装有电热丝，电热丝与控制箱连接，控制箱与显示器连接；水箱顶端设置有进水口，进水口通过密封盖密封；水箱出水管位于顶部右侧。

本发明的有益效果：

本发明通过气体混合装置将一个储气罐和水蒸气产生装置连接从而使气体混合，气体混合装置连接湿度仪可以实时监测气体湿度变化情况，通过在三轴压力室末端口所连接的出气管上依次设有的正压调节阀、精密压力表从而可以控制出口压力的大小，此外在三轴压力室外连接真空泵，可以保证整个实验的空气湿度为零，防止大气湿度对实验造成误差；本发明能够使原煤进行在不同气体湿度条件下的渗流实验，并且能够进行不同轴压和围压多因素耦合条件下渗流实验，能够真实模拟煤矿开采过程中混合气体的渗流实验，该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决了现有技术的三轴渗流装置不能改变气体湿度，不能模拟煤矿开采现场气体湿度的变化对煤渗透率的影响等技术问题。

附图说明：

图1本发明结构示意图；

图2为本发明三轴压力系统结构示意图。

图中：1-储气罐、2-水蒸气产生装置、3-第一减压阀、4-第一压力表、5-第二减压阀、6-第二压力表、7-第一开关阀、8-第二开关阀、9-气体混合装置、10-湿度仪、11-感应器、12-第三压力表、13-第三减压阀、14-三轴压力室、15-轴压泵、16-围压泵、17-精密压力表、18-第四减压阀、19-止回阀、20-真空泵、21-第三开关阀、22-流量计、23-显示器、24-控制器、25-密封盖、26-电热丝、27-水箱、28-出水管、29-正压调节阀。

具体实施方式：

一种改变气体湿度及出口端正压的三轴渗流装置，它包括三轴压力系统，气体供给系统与三轴压力系统进气端通过管路连接；三轴压力系统的出气端与正压调节系统通过管路连接，正压调节系统与流量测定系统通过管路连接；压力加载系统与三轴压力系统连接；真空脱气系统通过管路连接到正压调节系统与流量测定系统之间。

气体供给系统包括储气管1、水蒸汽产生装置2和气体混合装置9，储气管1通过管道与气体混合装置9连接，连接管道上依次设置有第二减压阀5、第二压力表6和第二开关阀7；气体混合装置9通过管道与气体混合装置9连接，连接管道上依次设置有第一减压阀3、第一压力表4和第一开关阀7；气体混合装置9通过管道与三轴压力系统进气端连接，连接管道上依次设置有第三压力表12和第三减压阀13。

正压调节系统包括压力表17、第四减压阀18和正压调节阀，依次安装在三轴压力系统出气端管道上。压力表17为精密压力表。

流量测定系统为流量计22，流量计22与正压调节系统出气端连接，在流量计22与正压调节系统之间的管道上设置有止回阀19。

压力加载系统包括轴压泵15和围压泵16，轴压泵15与三轴压力系统的轴压管连接；围压泵16与三轴压力系统的围压管连接。

真空脱气系统包括真空泵20，真空泵20通过第三开关阀21后连接在正压调节系统与流量测定系统之间的管路上。

三轴压力系统内安装有湿度传感器11，湿度传感器11与湿度仪10导线连接。

水蒸汽产生装置2包括水箱27，水箱内安装有电热丝26，电热丝与控制箱24连接，控制箱24与显示器23连接；水箱27顶端设置有进水口，进水口通过密封盖25密封；水箱27出水管18位于顶部右侧。

使用时，首先将标准尺寸的煤体试件按要求安装在三轴压力室13内的围压腔内，之后开启真空泵20将煤样与实验装置进行脱气六小时之后关闭第三开关阀21，然后通过调节轴压油泵15与围压油泵16至实验所设置的轴压与围压值从而模拟煤在地底所受应力状态，打开第一开关阀7和第二开关阀8并关闭第三减压阀13，然后通过控制器24将温度控制在100℃，对水箱27内的水进行加热，然后打开第一开关阀7、第二开关阀8，调节第一减压阀3与第二减压阀5并根据第一压力表4与第二压力表6读数至试验所设置的值，使气体与水蒸气在气体混合装置9混合均匀，并通过湿度仪10观测气体混合装置9内的气体湿度，当达到实验所需湿度时通过调节第三减压阀13并根据第三压力表12读数使气体达到规定压力，关闭正压调节阀18使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时，之后调节正压调节阀29至试验所需值以模拟煤岩开采过程中煤孔隙压力的变化，待流量计22读数稳定后记录流量值，最后通过公式计算出混合气体作用下不同湿度、轴压、围压等耦合作用下煤渗透率值。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种改变气体湿度及出口端正压的三轴渗流装置，它包括三轴压力系统，气体供给系统与三轴压力系统进气端通过管路连接；三轴压力系统的出气端与正压调节系统通过管路连接，正压调节系统与流量测定系统通过管路连接；压力加载系统与三轴压力系统连接；真空脱气系统通过管路连接到正压调节系统与流量测定系统之间；解决了现有技术的三轴渗流装置不能改变气体湿度，不能模拟煤矿开采现场气体湿度的变化对煤渗透率的影响等技术问题。

技术研发人员：李波波;杨康;李建华;任崇鸿
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2017.12.01
技术公布日：2018.04.13