一种微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验系统及方法与流程

本发明涉及热采煤层气技术领域，尤其涉及一种微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验系统及方法。

背景技术：

煤层气是新型清洁能源，在我国储量相当丰富，煤层气的合理处理不仅仅能够减少矿井灾害的发生，而且能够缓解国内新型能源短缺问题，减少排放到大气中对环境的污染，具有一举三得的功效。但我国煤层煤层气“高储低渗”的性质一直阻碍这一目标的实现。因此，通过其他手段促进煤层气产出是目前主要的研究方向。

热采煤层气是一种有效可行的煤层气增产技术，但选取合理高效的加热方式是该项技术面临的首要难题。不同的加热方式煤层气排采效果差异较大，微波场加热特点独特，煤体在微波作用下加热更瞬时、更高效、更均匀，有利于节约煤层气能源并提高其开采效率。

然而现有的设备在进行微波场作用下煤岩瓦斯解吸的处理时，没有一个很好的便利性，不方便使用者进行使用，同时在使用过程不能够对煤岩进行有效的处理，没有一个很好的效率性，导致使用者在使用过程没有一个很好的便利性，不方便使用者进行使用，使得使用者在使用过程有着很多不必要的麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的问题，而提供一种微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验系统及方法，该实验系统由供气装置、进气测量装置、煤样吸附解吸罐、微波场发生与控制装置、真空抽气装置、系统排气装置、解吸测量装置7个部分组成。所述的供气装置包括高纯度甲烷钢瓶与气体压力控制阀；所述的进气测量装置采用质量流量计(mfc)和笔记本电脑；所述的煤样吸附解吸罐是一个由能够透射微波的特殊材料制成的内外双层圆柱形罐体；所述的微波场发生装置采用工业微波发生器产生并控制微波场，实验时将煤样吸附解吸罐置于微波场发生装置的谐振腔内，即可实现煤样的微波场加载过程；所述的真空抽气装置包含真空泵和排气系统，可实现煤样的真空脱气；所述的系统排气装置包括接到室外大气中的塑料管和控制阀门，可快速将系统内气压排空至大气压；所述的解吸测量装置为采用排水集气法收集气体并可实时观测瓦斯解吸量的集气瓶。

优选的，所述的供气装置包括高纯度甲烷钢瓶与气体压力控制阀，可提供0～5mpa的供气压力。

优选的，所述的进气测量装置采用质量流量计(mfc)和笔记本电脑，可实时显示流量、流速等信息。

优选的，所述的煤样吸附解吸罐是一个由能够透射微波的特殊材料制成的内外双层圆柱形罐体，其中外层套罐是由耐火保温材料制成，辅以微波场发生装置腔体的密闭隔离作用，可以避免外部环境温度变化的影响。

优选的，所述的微波场发生装置采用工业微波发生器产生并控制微波场，微波发生器的可调功率为200～1000w，实验时将煤样吸附解吸罐置于微波场发生装置的谐振腔内，即可实现煤样的微波场加载过程。

优选的，开展微波场条件下煤体中甲烷的常温解吸实验，待实验煤样达到甲烷吸附平衡后，开启微波场发生装置，设置频率为2.45ghz、功率为1kg，进行微波场作用下煤体的甲烷解吸实验。

优选的，实验环境温度为20℃，煤样对甲烷气体的吸附压力为1mpa；实验煤样粒径为0.30～0.45mm，煤样质量为50g。

本发明的有益效果为。

（1）采用微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验系统，可研究有、无微波场作用下煤岩瓦斯解吸规律，探讨微波场对煤岩中瓦斯解吸特性的影响机理。

（2）该实验系统配合其他设备可分别开展有、无微波场作用后的煤岩瓦斯等温吸附实验与孔隙结构特性测定实验，可研究微波场作用后煤体的甲烷吸附量、比表面积与孔径分布的变化规律。

（3）该实验系统可用来探究在微波场作用下，由于实验煤样中各矿物成分及其含量、吸附瓦斯能力和煤体孔隙结构的差异，造成煤样对微波的吸收能力各不相同，从而引起微波场对煤样中甲烷解吸的促进程度存在差异。

（4）通过对微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验数据的分析，微波加热对煤层气产出具有促进作用，且效果较电加热要明显，研究结论可为今后将微波利用于低渗透煤层煤层气的开采提供有益参考。

（5）该实验系统可以用来研究不同微波场作用功率下，煤样在不同吸附压力条件下的瓦斯吸附量和解吸量。

本发明中，通过采用内闭式的方式对煤岩在微波场作用下进行瓦斯解吸实验，使得使用者在使用过程有一个很好的便利性，方便使用者进行使用，同时在使用过程有一个很好的操作性，给使用者带来便利，同时该装置在使用过程，能够有效的对微波场作用下煤岩瓦斯进行解吸处理，方便对煤岩进行改性，增加了装置的工作效率，给使用者带来便利，节约了使用者更多的时间和精力。

附图说明

图1为本发明提出的一种微波场作用下煤岩瓦斯解吸实验系统的结构示意图。

图中：1甲烷钢瓶，2气体压力控制阀，3、5、7、8、12、13、14、15阀门，4质量流量计(mfc)，6电脑，9煤样吸附解吸罐，10微波发生装置，11压力表，16集气瓶，17真空抽气泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

(1)无微波场作用下常温解吸实验

为了对比微波场对煤中甲烷解吸的影响程度，首先进行无微波场条件下的常温解吸实验，直至解吸平衡。其中，煤样对甲烷气体的吸附压力为1mpa。煤样的甲烷解吸实验采用国际通行的大气放空法排出游离态甲烷气、排水集气法测定解吸量。具体的实验方法如下。

①取50g煤样放入煤样吸附解吸罐9中，打开真空抽气装置17的阀门12和14，使煤样在常温下真空脱气6h；待煤样真空脱气完成后，关闭阀门12和14，打开供气装置的阀门7和8，向煤样吸附解吸罐9中充入甲烷气体，让煤样充分吸附；当煤样吸附24h达到吸附平衡后，便开始解吸实验。

②在进行解吸实验前，关闭阀门7和8，打开系统排气装置的阀门12和13，让煤样吸附解吸罐9与大气接通，快速排出煤样中的游离态甲烷气体，待煤样吸附解吸罐气压表11的示数为0时，关闭阀门13，并同时打开解吸测量装置16的阀门15，开始测定煤样的甲烷解吸量。从煤样的甲烷解吸量测定开始计时，每20～30s读数一次，实时记录煤样甲烷解吸实验过程中的解吸时间和集气瓶16的排水量。

(2)微波场作用下甲烷解吸实验

待无微波场条件下煤样甲烷解吸平衡后，使煤样继续保持解吸状态，同时开启已预设各项微波场技术参数的微波场发生装置10，然后继续进行甲烷解吸测定实验，其解吸量测定方法与无微波场条件下的常温解吸实验相同。在这一阶段的煤样甲烷解吸实验中，微波场发生装置始终保持开启状态，直至解吸平衡后停止运行。本次实验中，微波场的作用功率为1000w，频率为2450mhz。

煤是一种多孔介质材料，煤中的孔隙直接关系到煤的吸附性、解吸性和渗透性。因此，通过分析无微波场作用和微波场作用后煤样的瓦斯解吸量特征，可以反映微波场作用对煤的瓦斯吸附特性的影响规律。本发明使用简单，安装便捷，方便使用者进行使用，同时在使用过程有一个很好的便利性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。