高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置。

背景技术：
：

近年来中国的煤矿采掘深度越来越大，深部煤炭资源开发所面临的问题也越来越严重，高温高压开采环境越来越明显，在煤矿深部开采的过程中，煤与瓦斯的吸附-解吸-渗流耦合机理是瓦斯防治最基础的科学问题，而研究煤岩体内瓦斯的吸附-解吸-渗流、煤体热量传递等一系列变化，将直接决定着采煤工作面瓦斯的涌出以及突出事故的发生。

准确掌握煤层瓦斯在高温高压条件下的吸附-解吸-渗流规律是预防瓦斯灾害和实施瓦斯抽采技术的前提，对于深部煤层开采而言，井下煤体处于高温高压状态，煤炭开采扰动会引起的煤体所受压应力发生明显的变化，进而会对瓦斯抽采产生显著影响。尤其是随着采掘深度的增加，地应力升高、瓦斯压力增大、温度增大的条件下，对煤体开采扰动变得更加剧烈。目前，针对高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流规律和耦合机理还不太清楚，相关的实验装置比较缺乏。综上所述，研制高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置迫在眉睫，成为科研工作者的首要任务。该装置的研制成功将对煤矿安全生产及瓦斯灾害的防治起到重要的推动作用，也具有显著的科学意义。

技术实现要素：
：

本实用新型的目的是提供一种高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流的实验装置。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

1.高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置，该装置主要由瓦斯瓶、氦气瓶、真空泵、高温高压箱、位移传感器、采集卡、计算机采集系统、温度控制系统、伺服液压控制系统、精密流量计、压力表和阀门等部件组成。其特征是：所述的瓦斯瓶通过减压阀一与阀门一和压力表一相连；所述的氦气瓶通过减压阀二与阀门二和压力表二相连；所述的真空泵外接真空阀和精密流量计一通过管路与高温高压箱相连；所述的位移传感器一、位移传感器二通过采集卡和数据线与计算机采集系统二相连；所述的计算机采集系统二同时连接有温度控制系统；所述的温度控制系统与高温高压箱加热层相连；所述的高温高压箱外接有伺服液压控制系统；所述的高温高压箱底部通过管路依次连接有压力表三和精密流量计二并通过阀门排空。

2.所述的高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置，其特征是：所述的瓦斯瓶与所述的压力表一之间的管路上安装有减压阀一，通过减压阀一控制实验过程中瓦斯压力；所述的氦气瓶与压力表二之间的管路上安装有减压阀二，通过减压阀二控制实验过程中氦气压力；所述的高温高压箱内壁装有一圈纳米加热层，所述的实验煤样固定于煤样夹持器；所述的煤样夹持器上、下端分别装有多孔板；所述的多孔板上部为液压缸，内部有活塞；所述的伺服液压控制系统包括液压泵一、液压泵二、计算机采集系统一、计算机采集系统二以及增压泵一、增压泵二；所述的液压泵一、液压泵二连接管路和阀门通过增压泵一、增压泵二与液压缸相连提供轴压；所述的液压泵一、液压泵二连接管路和阀门通过增压泵与高温高压箱相连提供围压；所述的液压泵通过数据线与计算机采集系统二相连，所述的计算机采集系统二用来智能全自动调控实验装置的轴压和围压强度。

3.所述的高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置，其特征是：所述的压力表三用于检测煤样吸附-解吸-渗流过程的气体压力；所述的精密流量计一、精密流量计二用于测试气体的流量；所述的多孔板可以保障高压气体均匀通过煤样；所述的位移传感器一、位移传感器二和采集卡相连用于采集不同轴压和围压、温度等条件下煤体的轴向和径向变形位移情况；所述的温度控制系统用于控制高温高压箱的实验温度；所述的高温高压箱纳米加热层具有高效快速加热且恒温的效果；所述的增压泵可将液压泵提供的压力按1:3的比例增大；所述的整个实验装置连接处都配备耐高压组合垫和密封胶带，整个管路以及各阀门采用耐磨损管线和高压密封接头。

本实用新型的有益效果及创新之处：

1.本实用新型的高温高压箱加热系统相较之前的实验装置引入了纳米加热层，其优点体现为相对水浴加热其加热速度高效且快速、温度控制更加精确且保温效果十分可观；传统的伺服液压系统中的液压泵注入的是液压油，要求对实验装置进行频繁的维修和清洁，耗材耗力，本实用新型的液压泵注入的是蒸馏水，纯净度高杂质少，不会与箱内材料发生化学反应，可以保证机器稳定运行，另外对于进口处增加的增压泵则是对该装置的完美补充，蒸馏水可以起到和液压油同等的加压效果。压力表和精密流量计可以测试煤样吸附解吸渗流瓦斯的情况，位移传感器和采集卡连接计算机采集系统可以自动采集数据，液压泵连接计算机可以自动加载轴压和围压强度，相对传统的手动加载则体现出本实用新型的先进性、连续性、精确性。

2.本实用新型使用制作好的圆柱体煤样，直径50mm、高度100mm的原煤煤样。实验流程:首先需对实验装置的气密性进行检测，关闭所有阀门，只打开He气瓶上部阀门二6，把He气充入高温高压箱中，在一定的压力下保持12h 以上，观察压力表二5的数值保持不变，则装置的气密性可靠；将提前制作好的原煤试样干燥24小时后装入高温高压箱中，并用煤样夹持器固定，连接好各线路及系统；在系统连接正确且气密性完好的情况下，打开真空泵上部真空阀门9对整个实验管路以及高温高压箱进行脱气处理，并保持10h以上，真空脱气完成之后，先将高温高压箱的温度调整到当前实验所需值，利用计算机采集系统一15将轴压和围压加载实验所需值，然后打开阀门一3和减压阀一2向管路系统及高温高压箱中充入一定量的浓度为99.99％的甲烷气体，对煤样23进行吸附实验，同时观察计算机采集系统二27记录煤样的轴向变形和径向变形，利用精密流量计一11记录瓦斯流量，并保持煤样吸附时间不少于24h；第三步，解吸过程是吸附过程的逆过程。当煤样达到吸附平衡后，关闭阀门一3，打开阀门五31，开始瓦斯解吸实验，当压力表三29数值维持与大气压一致并保持一段时间后，表示解吸过程完成，精密流量计二30记录瓦斯解吸流量，同时观察计算机采集系统二27记录煤样的轴向变形和径向变形。第四步，渗流过程：打开阀门一3和减压阀一2，让瓦斯气体以恒定的压力均匀通过煤样23，开始瓦斯渗流实验，观察精密流量计一11、精密流量计二30的流量数据，同时观察计算机采集系统27记录煤样的轴向变形和径向变形。第五步，待一组实验完成后，关闭所有阀门只打开阀门三13、阀门四17，让高温高压箱中的蒸馏水回流至液压泵水箱内，取出实验煤样；重复以上第2-4实验步骤，进行其他高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验。

3.本实用新型通过对高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置的研究，在一定的程度上可以准确掌握深部开采煤层瓦斯的吸附-解吸-渗流规律，对煤矿安全生产及瓦斯灾害的防治具有重要作用，研究成果也为深部瓦斯抽采设计工作者提供一定的理论依据。本试验装置的实验结果对优化瓦斯抽采布置参数、提高瓦斯抽采率、防治煤与瓦斯突出、减少因瓦斯排放引起的“温室效应”具有重要的理论意义和实际价值。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

其中：瓦斯瓶1；减压阀一2；阀门一3；压力表一4；压力表二5；阀门二 6；减压阀二7；氦气瓶8；真空阀9；真空泵10；精密流量计一11；精密流量计二30；液压泵一12；液压泵二16；阀门三13；增压泵一14；增压泵二18；计算机采集系统一15；计算机采集系统二27；阀门四17；液压缸19；高温高压箱20；多孔板21；煤样夹持器22；煤样23；位移传感器一24；位移传感器二25；采集卡26；温度控制系统28；压力表三29；阀门五31；排空口32；伺服液压控制系统33；加热层34。

具体实施方式：

实施例1：

高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置，该装置主要由瓦斯瓶 1、氦气瓶8、真空泵10、高温高压箱20、位移传感器一24、位移传感器二25、采集卡26、计算机采集系统一15、计算机采集系统二27、温度控制系统28、伺服液压控制系统33、精密流量计一11、精密流量计二30、压力表和阀门等部件组成。其特征是：所述的瓦斯瓶1通过减压阀一2与阀门一3和压力表一4 相连；所述的氦气瓶8通过减压阀二7与阀门二6和压力表二5相连；所述的真空泵10外接真空阀9和精密流量计一11通过管路与高温高压箱20相连；所述的位移传感器一24、位移传感器二25通过采集卡26和数据线与计算机采集系统二27相连；所述的计算机采集系统二27同时连接有温度控制系统28；所述的温度控制系统与高温高压箱加热层相连；所述的高温高压箱外接有伺服液压控制系统33；所述的高温高压箱底部通过管路依次连接有压力表三29和精密流量计二30并通过阀门五31排空。

实施例2：

根据实施例1所述的高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置，其特征是：所述的瓦斯瓶1与所述的压力表一4之间的管路上安装有减压阀一2，通过减压阀一控制实验过程中瓦斯压力；所述的氦气瓶8与压力表二5之间的管路上安装有减压阀二7，通过减压阀二控制实验过程中氦气压力；所述的高温高压箱20内壁装有一圈纳米加热层34，所述的实验煤样23固定于煤样夹持器 22；所述的煤样夹持器上、下端分别装有多孔板21；所述的多孔板上部为液压缸19，内部有活塞；所述的伺服液压控制系统33包括液压泵一12、液压泵二 16、计算机采集系统一15以及增压泵一14、增压泵二18；所述的液压泵一12 连接管路和阀门三13通过增压泵一14与液压缸二19相连提供轴压；所述的液压泵二16连接管路和阀门四17通过增压泵二18与高温高压箱20相连提供围压；所述的液压泵通过数据线与计算机采集系统一15相连，所述的计算机采集系统一15用来智能全自动调控实验装置的轴压和围压强度。

实施例3：

根据实施例1所述的高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验装置，其特征是：所述的压力表三29用于检测煤样吸附-解吸-渗流过程的气体压力；所述的精密流量计用于测试气体的流量；所述的多孔板21可以保障高压气体均匀通过煤样；所述的位移传感器一24、位移传感器二25和采集卡26相连，用于采集不同轴压和围压、温度等条件下煤体的轴向和径向变形位移情况；所述的温度控制系统28用于控制高温高压箱的实验温度；所述的高温高压箱纳米加热层34具有高效快速加热且恒温的效果；所述的增压泵一14、增压泵二18可将液压泵提供的压力按1:3的比例增大；所述的整个实验装置连接处都配备耐高压组合垫和密封胶带，整个管路以及各阀门采用耐磨损管线和高压密封接头。