一种改变混合气体温度的出口端负压三轴渗流装置的制作方法

本实用新型属于瓦斯检测实验器具技术领域，尤其涉及一种改变混合气体温度的出口端负压三轴渗流装置。

背景技术：

在矿井生产过程中，附近的煤层瓦斯富集，在采煤的同时还伴随着瓦斯的抽采。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的物性参数之一，同时，渗透率也是瓦斯渗流力学与工程的重要参数。因此，煤层瓦斯渗透率的测算方法研究是瓦斯渗流力学发展之关键技术，也是煤矿安全工作者研究煤与瓦斯突出等一系列矿山安全问题的关键入手点。伴随着储层深度的增加，地下温度逐步升高。高温会对煤产生力学性质等方面的影响，进而对其渗透率产生影响。煤体内富含瓦斯，而瓦斯是一种含有ch4、co2等多种混合气体组成的气体，同时通入的试验气体很难达到与样品一致的目标温度，这与模拟地下高温状态煤层瓦斯渗流规律不符，因此有必要对通入混合气体温度的可控进行一定的改进；而且这些渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力，这与煤矿开采过程孔隙压力的变化不符，因此有必要渗流设备出口端进行一定的改进，以为煤层瓦斯抽采等提供技术参考。

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题：提供一种改变混合气体温度的出口端负压三轴渗流装置，以解决现有技术中对于研究气体对煤层渗流的实验设备都只能采用恒温水域加热三轴压力系统，没有适用于可单独控制混合气体温度的渗流实验设备；而且现有的渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力这与煤层瓦斯负压抽采不符等技术问题。

本实用新型技术方案：

一种改变混合气体温度的出口端负压三轴渗流装置，它包括混合气体供给系统、压力加载系统、三轴压力系统和流量测定系统，混合气体供给系统与气体加热系统通过管路连接，气体加热系统与压力加载系统通过管路连接；压力加载系统与三轴压力系统通过管路连接；三轴压力系统与负压调节系统通过管路连接；负压调节系统与流量测定系统通过管路连接。

混合气体供给系统包括第一储气罐和第二储气罐，第一储气罐与气体混合装置通过管路连接，第一储气罐与气体混合装置的管路上依次安装有第一减压阀、第一压力表和第一开关阀；第二储气罐与气体混合装置通过管路连接，第二储气罐与气体混合装置的管路上连接有第二减压阀、第二压力表和第二开关阀。

气体加热系统包括加热炉；所述加热炉设置在气体混合装置外部，对混合气体进行加热，气体混合装置上设置有温度监测装置，温度监测装置包括温度传感器和显示器，温度传感器与显示器通过导线连接。

气体加热系统与压力加载系统之间依次安装有第三压力表和第三减压阀；压力加载系统包括轴压油泵和围压油泵；轴压油泵上设置有轴压手动加载杆和轴压压力表；围压油泵上设置有围压手动加载杆和围压压力表。

三轴压力系统包括外腔体，外腔体内设置有围压腔体，围压腔体内设置有轴压板，试件放置于轴压板下；在外腔体上设有轴压管口与围压管口，轴压管口穿过外腔体后与围压腔体上部相连；进气管穿过外腔体与围压腔体上部相连，出气管与围压腔体下部相连；围压管口穿过外腔体，连接到外腔体与围压腔体之间；围压腔体外部设置加热装置，加热装置下端设置有第二温度传感器。

流量测定系统为流量计；流量计与负压调节系统之间通过管路连接；管路上设置有止回阀。

所述的一种改变混合气体温度的出口端负压三轴渗流装置的操作方法，它包括：

步骤1、将标准尺寸的试件按要求安装在围压腔体内，分别对气体加热和对试件加热；使温度达到实验所需值以模拟地底温度情况；

步骤2、通过调节轴压油泵与围压油泵的轴压手动加载杆与围压手动加载杆，根据轴压压力表、围压压力表的读数调节至实验所设置的轴压与围压从而模拟煤在地底所受应力状态；

步骤3、打开第一开关阀、第二开关阀，调节第一减压阀和第二减压，使混合气体达到试验所设置的压力值，通过调节第三减压阀并根据第三压力表以调节混合气体的压力以模拟混合气体瓦斯压力对煤渗透率的影响；

步骤4、关闭负压调节阀使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时，二十四小时后调节负压调节阀至试验所需值以模拟煤岩开采过程中煤孔隙压力的变化，待流量计读数稳定后记录流量值，最后计算出混合气体作用下不同温度、轴压、围压耦合作用下煤渗透率值。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过在气体混合装置外部设置加热炉对其中的混合气体进行加热，在气体混合装置上接温度传感器，实现试验气体的温度可控；对三轴压力室进行改进，在围压腔体外设置加热装单独对试件进行变温控制；通过在三轴压力室末端口所连接的出气管上依次设有的负压调节阀、精密压力表从而可以控制出口压力的大小。本实用新型能够对煤岩等试件进行不同温度的渗流实验，实现气体温度的可控，模拟地下高温状态下煤层瓦斯渗流规律的变化，并且能够在不同温度、轴压和围压多因素耦合条件下渗流实验，能够真实模拟煤岩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；解决现有技术中对于研究混合气体三轴渗流的实验设备都只能加热三轴压力系统，没有适用于可单独改变气体温度的实验设备；而且这些气体渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力这与煤矿瓦斯负压抽采不符等技术问题；本实用新型可以用来模拟煤岩开采过程中混合气体的渗流实验，同时对三轴压力室也做了改进，以便更深层次地探索各因素对瓦斯渗流的作用机制，为煤层气抽采等提供技术参考。

附图说明：

图1本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型三轴压力系统结构示意图。

图中：1-第一储气罐、2-第二储气罐、3-第一压力表、4-第一减压阀、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-加热炉、11-温度传感器、12-第三压力表、13-第三减压阀、14-三轴压力系统、15-精密压力表、16-负压调节阀、17-止回阀、18-流量计、19-轴压油泵、20-围压油泵、21-轴压手动加载杆、22-围压手动加载杆、23-轴压压力表、24-围压压力表、25-轴压管口、26-轴压板、27-外腔体、28-围压管口、29-围压腔体、30-进气管、31-出气管、32-第二温度传感器、33-试件、34-加热装置。

具体实施方式

一种改变混合气体温度的出口端负压三轴渗流装置，它包括混合气体供给系统、压力加载系统、三轴压力系统和流量测定系统，混合气体供给系统与气体加热系统通过管路连接，气体加热系统与压力加载系统通过管路连接；压力加载系统与三轴压力系统通过管路连接；三轴压力系统与负压调节系统通过管路连接；负压调节系统与流量测定系统通过管路连接。

混合气体供给系统包括第一储气罐1和第二储气罐2，第一储气罐1与气体混合装置9通过管路连接，第一储气罐1与气体混合装置9的管路上依次安装有第一减压阀4、第一压力表3和第一开关阀7；第二储气罐2与气体混合装置9通过管路连接，第二储气罐2与气体混合装置9的管路上连接有第二减压阀5、第二压力表6和第二开关阀8。

气体加热系统包括加热炉10；所述加热炉10设置在气体混合装置9外部，对混合气体进行加热，气体混合装置9上设置有温度监测装置，温度监测装置包括温度传感器11和显示器，温度传感器11与显示器通过导线连接。

气体加热系统与压力加载系统之间依次安装有第三压力表12和第三减压阀13；压力加载系统包括轴压油泵19和围压油泵20；轴压油泵19上设置有轴压手动加载杆21和轴压压力表23；围压油泵20上设置有围压手动加载杆22和围压压力表24。

三轴压力系统14包括外腔体27，外腔体27内设置有围压腔体29，围压腔体29内设置有轴压板26，试件33放置于轴压板26下；在外腔体27上设有轴压管口25与围压管口28，轴压管口22穿过外腔体27后与围压腔体29上部相连；进气管30穿过外腔体27与围压腔体29上部相连，出气管31与围压腔体29下部相连；围压管口28穿过外腔体27，连接到外腔体27与围压腔体29之间；围压腔体29外部设置加热装置34，加热装置34下端设置有第二温度传感器32。

流量测定系统为流量计18；流量计18与负压调节系统之间通过管路连接；管路上设置有止回阀17。

本实用新型的气体加热系统包括外部加热炉10对气体混合装置9进行加热，从而对其中气体进行加热，并设置温度传感器11，观测气体预热室内气体温度的变化，以便随时调节符合实验所要求达到的气体温度，从气体混合装置9出来的气体经过第二压力表12、第二减压阀13控制进入三轴压力系统；所述的三轴压力系统包括三轴压力系统14，三轴压力室14组成包括外腔体27，在外腔体27上设有轴压管口25与围压管口28，轴压管口25、围压管口28穿过外腔体27连接三轴压力室14内部。外腔体27内部设有轴压板26与围压腔体29，轴压板26位于围压腔体29内部，在加载过程中可以有效避免围压腔体29内油渗漏出轴压板26外，试件33放置于轴压板26下。进气管30穿过外腔体27与围压腔体29上部相连，出气管31与围压腔体29下部相连。围压腔体29外部设置加热装置34用以单独对试件33进行加热，加热装置34下端连接有第二温度传感器32；所述的压力加载系统包括轴压油泵19与围压油泵20，通过轴压油泵19与围压油泵20可分别对三轴压力室14内部施加规定范围内的轴压与围压；所述的负压调节系统包括负压调节阀16与压力表15，本实用新型中压力表15选用精密压力表，通过调节负压调节阀16可以控制出口压力的大小；流量测定系统包括流量计18，通过流量计18可以测得气体流量，从而通过公式计算得出渗透率。第一储气罐1通过设有第一减压阀4、第一压力表3与第一开关阀7的连接管与气体混合装置9连接，第二储气罐2与气体混合装置9的连接管上还设有第二减压阀5、第二压力表6与第二开关阀8，气体混合装置9通过带第三减压阀13与第三压力表12的连接管与三轴压力系统14的前端口相连，三轴压力系统14中的外腔体27分别与轴压油泵19与围压油泵20通过连接管连接，轴压油泵19与围压油泵20内分别包括轴压手动加载杆21、轴压压力表23与围压手动加载杆22、围压压力表24。三轴压力系统14末端口所连接的出气管31上依次设有负压调节阀16、精密压力表15、止回阀17与流量计18。

使用时，首先将标准尺寸的试件33按要求安装在三轴压力室14内的围压腔体29内，将对气体加热的加热炉10和对试件加热装置34的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况，通过调节轴压油泵19与围压油泵20的轴压手动加载杆21与围压手动加载杆22，根据轴压压力表23、围压压力表24的读数可调节至实验所设置的轴压与围压从而模拟煤在地底所受应力状态，然后打开第一开关阀7、第二开关阀8，调节第一减压阀4与第二减压阀5并根据第一压力表3与第二压力表6读数至试验所设置的值，通过调节第三减压阀13并根据第三压力表12以调节混合气体的瓦斯压力以模拟混合气体瓦斯压力对煤渗透率的影响，关闭负压调节阀16使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时，二十四小时后调节负压调节阀16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18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温度、轴压、围压等耦合作用下煤渗透率值。