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不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進氣口，加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，測溫口設(shè)有溫度傳感器，進氣口與氣路系統(tǒng)連接；恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，應(yīng)力加載測試缸設(shè)于恒溫箱中；氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進氣管路、壓力傳感器、出氣管路、真空泵、流量傳感器等；溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機連接?？梢阅M測試實際煤礦中不同采動應(yīng)力約束條件下煤體的瓦斯吸附解吸擴散行為，為研究煤體瓦斯運移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
【專利說明】不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦開采中煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，尤其涉及一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在我國的一次能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭約占67%，預(yù)測到2020年煤炭占60%左右，2050年仍將占50%以上。因此，煤炭在相當長的時期內(nèi)將一直是我國居支配地位的主要能源。但是，我國的煤炭資源埋藏深度普遍較大，95%的煤炭需要井工開采，礦井以每年20m的速度向深部延伸，煤層瓦斯含量隨之增加，瓦斯災(zāi)害愈發(fā)嚴重。我國大中型礦井中高瓦斯和突出礦井占48%，建國以來發(fā)生煤與瓦斯突出事故I萬余次，占世界突出總數(shù)的1/3以上，其中最大的一次突出，突出煤炭和巖石量約12780噸，瓦斯150萬m3。同時，瓦斯也是一種溫室氣體，甲烷對臭氧層的破壞能力是二氧化碳的7倍，引起的升溫效應(yīng)是同體積二氧化碳的25倍。另外煤層瓦斯作為天然清潔能源，它還是一種資源，據(jù)測算，我國埋深2000m以淺的煤層氣35萬億m3，其中探明儲量約12萬億m3，遠景儲量23萬億m3，大體與我國的天然氣總量相當，資源十分豐富。目前世界擁有的煤層氣資源總量約為240萬億立方米，資源量最多的5個國家依次為:俄羅斯、中國、加拿大、美國、澳大利亞。據(jù)計算，1000立方米煤層氣相當于I噸標準煤，其發(fā)熱量可達30兆焦/立方米以上，據(jù)此估算我國的煤層氣儲量相當于350億噸標準煤或240億噸石油。
[0003]因此，從治理煤礦瓦斯災(zāi)害煤與瓦斯突出和環(huán)境污染，以及開發(fā)利用來看，瓦斯抽放都是很好的途徑。
[0004]由于我國煤層透氣性差，抽放效果普遍不太理想，這為煤與瓦斯突出的預(yù)防帶來了很大的困難。煤層瓦斯以吸附、游離狀態(tài)儲存在煤層及鄰近巖層之中。瓦斯在煤層中的運移過程是一個擴散-滲流過程。首先是大量的吸附瓦斯在煤中的解吸擴散。在煤礦開采過程中煤層原始應(yīng)力狀態(tài)被破壞而處于采動應(yīng)力影響之下，瓦斯平衡狀態(tài)被打破，吸附瓦斯開始解吸擴散，最終從煤層涌出到巷道中。瓦斯整個的解吸擴散過程處于不同應(yīng)力約束條件之下，而之前的研究對應(yīng)力的影響考慮較少，使得研究結(jié)果與實際存在偏差，進而給瓦斯涌出預(yù)測等造成困難，對煤礦瓦斯防治工作不利。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置能用于研究瓦斯在煤體中的吸附解吸擴散規(guī)律和研究清瓦斯運移規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，可以真實模擬實際煤礦中煤層被采動時瓦斯在煤體中的吸附解吸擴散行為，以實現(xiàn)對應(yīng)力約束條件下的瓦斯吸附解吸擴散行為的測試，為研究煤體瓦斯運移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:[0008]本發(fā)明的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；
[0009]所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進氣口與所述氣路系統(tǒng)連接；
[0010]所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)于所述恒溫箱中；
[0011]所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進氣管路，所述進氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器；
[0012]所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機連接。
[0013]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例提供的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，可以真實模擬實際煤礦中煤層被采動時瓦斯在煤體中的吸附解吸擴散行為，以實現(xiàn)對應(yīng)力約束條件下的瓦斯吸附解吸擴散行為的測試，為研究煤體瓦斯運移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例提供的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實施例中應(yīng)力加載測試缸的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本發(fā)明實施例中應(yīng)力加載測試缸的加載活塞的端面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本發(fā)明實施例中應(yīng)力加載測試缸的端面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:
[0019]1、進氣口，2、移動圓柱體，3、加壓口，4、加載活塞，5、圓柱形缸體，6、測溫口，7、凸
臺，8、橫向凹槽。
【具體實施方式】
[0020]下面將對本發(fā)明實施例作進一步地詳細描述。
[0021]本發(fā)明的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其較佳的【具體實施方式】如圖1所示:
[0022]包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；
[0023]所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進氣口與所述氣路系統(tǒng)連接；
[0024]所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)于所述恒溫箱中；
[0025]所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進氣管路，所述進氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器；
[0026]所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機連接。
[0027]如圖2、圖3、圖4所示，所述應(yīng)力加載測試缸包括圓柱形缸體，所述圓柱形缸體的一端設(shè)有加載活塞，所述加載活塞的內(nèi)端與所述圓柱形缸體的底壁之間形成煤樣室，所述測溫口和進氣口與所述煤樣室連通。
[0028]所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁兩側(cè)分別設(shè)有橫向凹槽，所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述加載活塞的兩側(cè)面的中部設(shè)有與所述橫向凹槽對應(yīng)的凸臺，所述凸臺沿所述橫向凹槽推入至所述環(huán)形凹槽后旋轉(zhuǎn)90度卡在所述環(huán)形凹槽中，所述環(huán)形凹槽后側(cè)的缸壁內(nèi)設(shè)有移動圓柱體，所述移動圓柱體的前端抵在所述凸臺的后部，所述加壓口與所述移動圓柱體后部的空間連通。
[0029]所述出氣管路上設(shè)有人工流量計量裝置。
[0030]所述人工計量裝置包括量管、水準瓶，所述量管的底部與所述水準瓶的底部連通，所述量管的下部和所述水準瓶的下部設(shè)有封閉液，所述量管的頂部與所述出氣管路連接。
[0031]所述應(yīng)力加載裝置包括手動泵。
[0032]本發(fā)明可以模擬測試實際煤礦中不同采動應(yīng)力約束條件下煤體的瓦斯吸附解吸擴散行為，為研究煤體瓦斯運移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。
[0033]具體實施例的工作步驟為:
[0034]首先，開啟數(shù)據(jù)測試系統(tǒng)，測試整個裝置的氣密性；然后，按要求做好的煤樣放進測試缸中，連接好在整個實驗裝置，抽真空；接著，對測試缸施加應(yīng)力，充入氣體；最后，當氣體吸附平衡，開始瓦斯解吸擴散實驗，直至實驗結(jié)束。
[0035]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其特征在于，包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)； 所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測試缸，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)有加壓口、測溫口和進氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進氣口與所述氣路系統(tǒng)連接； 所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測試缸設(shè)于所述恒溫箱中； 所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進氣管路，所述進氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器； 所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載測試缸包括圓柱形缸體，所述圓柱形缸體的一端設(shè)有加載活塞，所述加載活塞的內(nèi)端與所述圓柱形缸體的底壁之間形成煤樣室，所述測溫口和進氣口與所述煤樣室連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁兩側(cè)分別設(shè)有橫向凹槽，所述應(yīng)力加載測試缸的內(nèi)壁中部設(shè)有環(huán)形凹槽，所述加載活塞的兩側(cè)面的中部設(shè)有與所述橫向凹槽對應(yīng)的凸臺，所述凸臺沿所述橫向凹槽推入至所述環(huán)形凹槽后旋轉(zhuǎn)90度卡在所述環(huán)形凹槽中，所述環(huán)形凹槽后側(cè)的缸壁內(nèi)設(shè)有移動圓柱體，所述移動圓柱體的前端抵在所述凸臺的后部，所述加壓口與所述移動圓柱體后部的空間連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其特征在于，所述出氣管路上設(shè)有人工流量計量裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其特征在于，所述人工計量裝置包括量管、水準瓶，所述量管的底部與所述水準瓶的底部連通，所述量管的下部和所述水準瓶的下部設(shè)有封閉液，所述量管的頂部與所述出氣管路連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴散模擬實驗裝置，其特征在于，所述應(yīng)力加載裝置包括手動泵。
【文檔編號】G01N13/00GK103822856SQ201410096286
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】李祥春, 楊春麗, 聶百勝, 胡守濤, 王龍康 申請人:中國礦業(yè)大學(北京)