一种基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置与试验方法与流程

本发明涉及密封腔内加恒压的瓦斯试验装置和试验方法

背景技术：

煤层透气性对煤体内瓦斯的赋存状态、流动特性有显著影响，而煤体及其赋存围岩内的孔隙率对煤层的透气性有重要影响作用。煤体的孔隙率不仅影响煤对瓦斯的吸附、解吸，还会影响瓦斯在煤微孔隙流动的通道。在实际生产过程中，影响煤体孔隙率的一个很大的因素是上覆岩层给予煤体的压力，而在实验室相似模拟的过程中，大多忽略了上覆岩层给予煤体的压力对煤体孔隙率的影响，导致模拟的结果与实际不相吻合。因此，在实验室相似模拟的过程中，可以根据实际上覆岩层的情况，调整相似模拟过程中的煤体上的压力大小，开发可靠的模拟试验装置，设计合理的试验方法，对于提高瓦斯抽采率，保证煤矿安全生产具有重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服已有实验室瓦斯试验装置忽略实际生产过程中，上覆岩层重量对煤体的孔隙率造成的影响，提供了一种密封腔内加恒压的瓦斯试验装置和试验方法，实现了相似模拟试验过程中试样孔隙率与现场煤体孔隙率的一致性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置，包括密封主体框架、腔内加恒压装置、瓦斯供给与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机；所述密封主体框架为一圆柱体腔体，并在圆柱体中间挖一立方体内腔，密封腔体与密封盖通过螺纹连接；所述密封主体框架上端的密封盖中心有一圆孔，通过小型液压泵站将液压油通过注油孔注入加恒压装置；所述加恒压装置将刚性顶举件与密封盖相结合，通过注入液压油的量来控制压力的大小；所述瓦斯供给与控制系统位于密封主体框架左侧，包括高压瓦斯罐、减压阀、瓦斯管路、瓦斯开关、瓦斯流量计、瓦斯压力表；所述瓦斯流量动态监测系统位于密封主体框架右侧，包括瓦斯开关、瓦斯流量计、瓦斯压力表、软管。

所述密封主体框架包括圆柱形腔体、进气口、出气口、密封盖，O型密封橡胶圈，进气口与出气口分别置于密封主体框架两侧，所述密封盖内圈镶嵌有O型密封橡胶圈。

所述的腔内加恒压装置，密封盖中心有一个圆孔，孔壁中有螺纹；在刚性顶举件注油孔处也有螺纹，刚性顶举件与密封盖通过螺纹连接，所述刚性顶举件底座镶嵌有O型密封橡胶圈。在密封腔体密封之后，通过刚性顶举件将压力传到腔内煤体的上方的钢板，使煤体受到压力并保持在一个稳定的程度。

所述瓦斯供给与控制系统包括高压瓦斯罐、减压阀、瓦斯管路、瓦斯开关、瓦斯流量计、瓦斯压力表，所述高压瓦斯罐、瓦斯开关、瓦斯流量计、瓦斯压力表通过瓦斯管路相互串联并与密封主体框架左侧的进气口上的接头进行连接。

所述密封腔体内壁瓦斯进气口与出气口处装有组合金属筛网。

所述瓦斯放散机构包括瓦斯开关、瓦斯流量计、瓦斯压力表、软管；所述瓦斯开关、瓦斯流量计、瓦斯压力表、软管通过瓦斯管路相互串联，并与密封主体框架右侧出气口上的接头进行连接。

基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置的试验方法，包括如下步骤：

a.装置安装：

向密封主体框架立方体内腔内装入适量煤样并把钢板放置与煤样之上，将刚性顶举件通过螺纹与密封盖连接，并在刚性顶举件的底部放置O型密封橡胶圈。

b.装置密封：

将装有O型密封橡胶圈密封盖置于密封腔体的上方，通过螺纹将密封盖拧紧在密封腔体上，并将进气口接头同瓦斯供给与控制系统连接，出气口接头与瓦斯流量动态监测系统连接，并通气依次检查各接口密封性。

c.通气吸附：

按设定的瓦斯压力经高压瓦斯罐、数控流量计、组合金属筛网持续向密封腔体内煤样通恒压瓦斯24小时，使煤样充分吸附瓦斯，并关闭进气口开关。

d.加恒压：

本发明采用以下的方式对煤样进行加恒压：

将小型液压泵站与密封盖中间的刚性顶举件的注油孔连接，通过加压的方式将液压油注入刚性顶举件中，刚性顶举件逐渐与腔内的钢板相互接触，对钢板的下方施加向下的压力，通过小型液压泵站控制煤样所受的压力，可实现不同压力值加压，在达到设定压力值之后，控制小型液压泵站，保持压力值恒定，使煤试样受到一个稳定的外压作用，从而实现对现场开挖时支撑压力影响下煤体瓦斯流动的模拟。

f、流量监测：

在试样整个试验过程中，瓦斯流量计与计算机相连，通过数据采集分析软件动态监测试样内瓦斯流量的大小。

本发明的有益效果：

1.本发明密封腔体和密封盖之间设有O型密封橡胶圈，密封盖与刚性顶举件连接处设有O型密封橡胶圈，密封方式简单且密封性好；瓦斯出气口处设有数层组合金属筛网，实现了对试样的面通气功能。

2.本发明采用瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机，可实时动态监测试样瓦斯的流量变化，数据采集方便，自动化程度高。

3.本发明可以通过外部加压的方式，根据实际生产过程中实际压力值，对煤样进行等值加压，同时可以实时的调整压力的大小，满足不同的要求。

附图说明

图1为本发明一种基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置的主视图

图2为本发明密封盖与密封腔体俯视图

图中：1-高压瓦斯罐；2-减压阀；3-瓦斯管路；4-瓦斯开关；5-瓦斯流量计；6-瓦斯压力表；7-密封腔体；8-组合金属筛网；9-O型密封橡胶圈；10-刚性顶举件；11-注油孔；12-O型密封橡胶圈；13-钢板；14-瓦斯开关；15-瓦斯流量计；16-瓦斯压力表；17-软管；18-出气口；19-进气口；20-密封盖

具体实施方式

下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。

如图1和图2所示，一种基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置，包括密封主体框架、腔内加恒压装置、瓦斯供给与控制系统、瓦斯流量动态监测系统及数据采集计算机；所述密封主体框架为一圆柱体密封腔体7，并在圆柱体中间挖一立方体内腔，密封腔体7与密封盖20通过螺纹连接；所述密封主体框架包括方形腔体、进气口19、出气口18、密封盖20，进气口19与出气口18分别置于密封主体框架两侧；所述瓦斯供给与控制系统位于密封主体框架左侧，包括高压瓦斯罐1、减压阀2、瓦斯管路3、瓦斯开关4、瓦斯流量计5、瓦斯压力表6；所述瓦斯流量动态监测系统位于密封主体框架右侧，包括瓦斯开关14、瓦斯流量计15、瓦斯压力表16、软管17。

将煤样放置于密封主体框架立方体内腔内并把钢板13放在煤样上，密封盖内圈镶嵌有O型密封橡胶圈9，密封腔体7与密封盖20通过螺纹旋紧压缩密封橡胶圈9，保证气密性。

所述的腔内加恒压装置，密封盖20中心有一个圆孔，孔壁中有螺纹；在刚性顶举件10注油孔11处也有螺纹，刚性顶举件10与密封盖20通过螺纹连接，所述刚性顶举件10底座镶嵌有O型密封橡胶圈12；在密封腔体密封之后，通过刚性顶举件10将压力传到腔内煤体的上方的钢板13，使煤体受到压力并保持在一个稳定的程度。

所述瓦斯供给与控制系统包括高压瓦斯罐1、减压阀2、瓦斯管路3、瓦斯开关4、瓦斯流量计5、瓦斯压力表6；所述高压瓦斯罐1、减压阀2、瓦斯开关4、瓦斯流量计5瓦斯压力表6通过瓦斯管路3相关串联并与密封主体框架左侧的进气口19上的接头进行连接。

所述密封主体框架中密封内腔内壁瓦斯进气口19和出气口18处装有组合金属筛网8。

所述瓦斯放散机构包括瓦斯开关14、瓦斯流量计15、瓦斯压力表16、软管17；所述瓦斯开关14、瓦斯流量计15、瓦斯压力表16、软管17通过瓦斯管路3相互串联，并与密封主体框架右侧出气口18上的接头进行连接。

基于密封腔内加恒压的瓦斯试验装置的试验方法，包括如下步骤：

a.装置安装：

向密封主体框架立方体内腔内装入适量煤样并把钢板13放置与煤样之上，将刚性顶举件通过螺纹与密封腔体的密封盖连接，并在刚性顶举件的底部放置O型密封橡胶圈12。

b.装置密封：

将密封盖置于密封腔体的上方，中间夹着一个O型密封橡胶圈9，通过螺纹将密封盖拧紧在密封腔体上，并将进气口20接头同瓦斯供给与控制系统，出气口19接头与瓦斯流量动态监测系统连接，并依次检查各接口密封性。

c.通气吸附：

按设定的瓦斯压力经瓦斯充气罐1、数控流量计5、组合金属筛网8持续向密封腔体内煤体通恒压瓦斯24小时，使煤岩体充分吸附瓦斯，并关闭进气口20开关。

d.加恒压：

本发明采用以下的方式对煤样进行加恒压：

将输油装置与密封盖中间的刚性顶注油孔11连接，通过加压的方式将液压油注入刚性顶举件10中，刚性顶举件10逐渐与腔内的钢板13相互接触，对钢板的下方施加压力，通过外在的输油装置控制煤体所受的压力，可以达到不同条件下的压力，在达到之后，控制输油装置，将压力恒定，保证煤体受到一个稳定的压力。

f、流量监测：

在试样整个试验过程中，瓦斯流量计与计算机相连，通过数据采集分析软件动态监测试样内瓦斯流量的大小。