一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置和实验方法与流程

本发明涉及一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置和实验方法，属于瓦斯抽采技术领域。

背景技术：

瓦斯放散初速度是预测瓦斯突出的指标之一，瓦斯突出是瞬间完成，煤的放散瓦斯的能力大小与突出的发生有直接关系，研究0～1min瓦斯放散速度对研究煤与瓦斯突出有重要意义。我国煤层瓦斯平均抽采率较低,解吸渗流性差,且尚未找到能够显著提高煤层瓦斯的抽采方法，目前提高煤层瓦斯解吸渗流的方法有三类，第一类属于水力与爆破致裂、钻孔与割缝卸压、开采解放层等力学方法，第二类是通过注气置换和注水驱替等方法，第三类是通过外加温度场、微波场和声场等方法。

对于现有技术中的力学方法而言，一方面，裂隙不易控制，而且产生的容易闭合，不利于煤层中瓦斯的释放，因此，为了研究如何提升煤层瓦斯的抽采效率，急需研制一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置与方法。

技术实现要素：

本发明提出一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置和实验方法，为研究如何提升煤层的瓦斯抽采效率提供了方便。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置，包括实验罐与电机，所述实验罐包括反应罐与电磁圆筒，所述反应罐的上表面敞开，且所述反应罐的顶部设有用于封闭所述反应罐的反应罐盖，所述电磁圆筒包括外筒和可旋转设在所述外筒内的内筒，所述内筒的上表面具有敞开口，所述反应罐通过所述敞开口伸入或伸出所述内筒，所述内筒的周壁上设有磁性件，所述电机通过配合在所述内筒与所述电机的电机轴之间的三角带带动所述内筒旋转，所述反应罐内设有温度传感器，所述反应罐的外周壁上设有与所述温度传感器相连的传感器通信密封条，所述传感器通信密封条电性连接有计算机，所述实验罐的一侧设有解吸集气系统，所述解吸集气系统通过第一管道连通反应罐内腔，所述实验管的另一侧设有储气罐和真空泵，所述储气罐通过第二管道连通所述反应罐的内腔，所述储气罐内设有甲烷与磁性颗粒的混合体，所述真空泵通过第三管道连通所述第二管道。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内筒包括：转动环和至少一个连接杆，所述转动环的下部沿所述外筒的中心轴线可旋转地连接在所述外筒上，所述转动环的上部与所述三角带配合，所述连接杆与所述转动环相连并沿所述转动环的轴向向下延伸伸入所述外筒内，所述磁性件设在所述连接杆上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述连接杆为三个，三个所述连接杆的长度相同且沿所述转动环的周向等间距布置，所述磁性件为三个永磁体，三个所述永磁体一一对应地设在三个所述连接杆上，且每个所述永磁体设在对应所述连接杆的远离所述转动环的端部。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内筒的外周壁与所述外筒的内周壁之间设有第一轴承，所述第一轴承配合在所述转动环的外周壁与所述外筒的内周壁之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述内筒的内周壁与所述反应罐的外周壁之间设有第二轴承，所述第二轴承配合在所述转动环的内周壁与所述反应罐的外周壁之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述外筒的底壁设有接线孔，所述第一管道、所述第二管道和所述第三管道穿过所述接线孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述反应罐所述内筒和所述外筒的中心轴线位于同一竖直线上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一管道上设有第一控制阀，所述第三管道上设有第二控制阀，所述第二管道上设有第三控制阀和第四控制阀，在所述第二管道的长度方向上，所述第三控制阀位于所述反应罐与所述第三管道之间，所述第四控制阀位于所述第三管道与所述储气罐之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一管道上设有流量计。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第二管道上设有第一压力表和第二压力表，且所述第一压力表位于所述反应罐与所述第三控制阀之间，所述第二压力表设在所述第四控制阀与所述储气罐之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述磁性颗粒的直径为1-10nm。

作为本发明的一种优选技术方案，本发明一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置的实验方法包括如下步骤：

（1）.称取煤样，并打开真空泵、第二控制阀和第三控制阀进行真空脱气；

（2）.将煤样放入反应罐并将反应罐放入内筒，关闭真空泵和第二控制阀，打开储气罐和第四控制阀，充入一定的甲烷气体和磁性颗粒使反应罐内瓦斯气体达到设计压力值后关闭第三控制阀和第四控制阀，经过24～48h以上的吸附，使之达到设计吸附平衡压力；

（3）.打开电机，使三角带带动电磁圆筒旋转；

（4）.打开第一控制阀，利用解吸集气系统分析煤样的解吸情况。

本发明所达到的有益效果是：通过向反应罐内注入甲烷和磁性颗粒的混合体，然后打开电机，电机利用三角带带动内筒旋转，内筒上的磁性件对磁性颗粒的磁场作用沿内筒的周向旋转。由于磁性颗粒的直径较小，可以进入煤块的裂隙中，不仅可以促进裂隙扩展，而且可以支撑裂隙保证瓦斯彻底释放。由此可以模拟煤层中的裂隙在磁性颗粒和磁性件的配合作用下的延伸情况，进而可以为工作人员研究煤层内瓦斯的抽采提供方便。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体连接图；

图2是本发明的反应罐与电磁圆筒连接图；

图3是本发明的内筒的结构示意图。

图中：1、实验罐；2、电机；3、反应罐；4、电磁圆筒；5、反应罐盖；6、外筒；7、内筒；8、磁性件；9、三角带；10、温度传感器；11、传感器通信密封条；12、计算机；13、解吸集气系统；14、第一管道；15、储气罐；16、真空泵；17、第二管道；18、第三管道；19、转动环；20、连接杆；21、接线孔；22、第一控制阀；23、第二控制阀；24、第三控制阀；25、第四控制阀；26：流量计；27：第一压力表；28：第二压力表。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1-3所示，本发明提供本发明一种利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置，包括实验罐1与电机2，所述实验罐1包括反应罐3与电磁圆筒4，所述反应罐3的上表面敞开，且所述反应罐3的顶部设有用于封闭所述反应罐3的反应罐盖5，所述电磁圆筒4包括外筒6和可旋转设在所述外筒6内的内筒7，所述内筒7的上表面具有敞开口，所述反应罐3通过所述敞开口伸入或伸出所述内筒7，所述内筒7的周壁上设有磁性件8，所述电机2通过配合在所述内筒7与所述电机2的电机2轴之间的三角带9带动所述内筒7旋转，所述反应罐3内设有温度传感器10，所述反应罐3的外周壁上设有与所述温度传感器10相连的传感器通信密封条11，所述传感器通信密封条11电性连接有计算机12，所述实验罐1的一侧设有解吸集气系统13，所述解吸集气系统13通过第一管道14连通反应罐3内腔，所述实验管的另一侧设有储气罐15和真空泵16，所述储气罐15通过第二管道17连通所述反应罐3的内腔，所述储气罐15内设有甲烷与磁性颗粒的混合体，所述真空泵16通过第三管道18连通所述第二管道17。

根据本发明的一个实施例，所述内筒7包括：转动环19和至少一个连接杆20，所述转动环19的下部沿所述外筒6的中心轴线可旋转地连接在所述外筒6上，所述转动环19的上部与所述三角带9配合，所述连接杆20与所述转动环19相连并沿所述转动环19的轴向向下延伸伸入所述外筒6内，所述磁性件8设在所述连接杆20上。

根据本发明的一个实施例，所述连接杆20为三个，三个所述连接杆20的长度相同且沿所述转动环19的周向等间距布置，所述磁性件8为三个永磁体，三个所述永磁体一一对应地设在三个所述连接杆20上，且每个所述永磁体设在对应所述连接杆20的远离所述转动环19的端部。

根据本发明的一个实施例，所述内筒7的外周壁与所述外筒6的内周壁之间设有第一轴承，所述第一轴承配合在所述转动环19的外周壁与所述外筒6的内周壁之间。

根据本发明的一个实施例，所述内筒7的内周壁与所述反应罐3的外周壁之间设有第二轴承，所述第二轴承配合在所述转动环19的内周壁与所述反应罐3的外周壁之间。

根据本发明的一个实施例，所述外筒6的底壁设有接线孔21，所述第一管道14、所述第二管道17和所述第三管道18穿过所述接线孔21。

根据本发明的一个实施例，所述反应罐3所述内筒7和所述外筒6的中心轴线位于同一竖直线上。

根据本发明的一个实施例，所述第一管道14上设有第一控制阀22，所述第三管道18上设有第二控制阀23，所述第二管道17上设有第三控制阀24和第四控制阀25，在所述第二管道17的长度方向上，所述第三控制阀24位于所述反应罐3与所述第三管道18之间，所述第四控制阀25位于所述第三管道18与所述储气罐15之间。

根据本发明的一个实施例，所述第一管道14上设有流量计26。

根据本发明的一个实施例，所述第二管道17上设有第一压力表27和第二压力表28，且所述第一压力表27位于所述反应罐3与所述第三控制阀24之间，所述第二压力表28设在所述第四控制阀25与所述储气罐15之间。

根据本发明的一个实施例，所述磁性颗粒的直径为1-10nm。

根据本发明第二方面实施例的利用磁性颗粒提高煤体瓦斯解吸率的实验装置的实验方法包括如下步骤：

（1）.称取煤样，并打开真空泵、第二控制阀和第三控制阀进行真空脱气；

（2）.将煤样放入反应罐并将反应罐放入内筒，关闭真空泵和第二控制阀，打开储气罐和第四控制阀，充入一定的甲烷气体和磁性颗粒使反应罐内瓦斯气体达到设计压力值后关闭第三控制阀和第四控制阀，经过24～48h以上的吸附，使之达到设计吸附平衡压力；

（3）.打开电机，使三角带带动电磁圆筒旋转；

（4）.打开第一控制阀，利用解吸集气系统分析煤样的解吸情况。

本发明所达到的有益效果是：通过向反应罐3内注入甲烷和磁性颗粒的混合体，然后打开电机2，电机2利用三角带9带动内筒7旋转，内筒7上的磁性件8对磁性颗粒的磁场作用沿内筒7的周向旋转。由于磁性颗粒的直径较小，可以进入煤块的裂隙中，不仅可以促进裂隙扩展，而且可以支撑裂隙保证瓦斯彻底释放。由此可以模拟煤层中的裂隙在磁性颗粒和磁性件8的配合作用下的延伸情况，进而可以为工作人员研究煤层内瓦斯的抽采提供方便。

最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。