CN102944660A

CN102944660A - 一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统

Info

Publication number: CN102944660A
Application number: CN2012104011627A
Authority: CN
Inventors: 王家臣; 赵洪宝; 闫保金; 杨胜利; 潘卫东; 栾合冰; 杨敬虎
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2012-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2032-10-19
Also published as: CN102944660B

Abstract

本发明提供了一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，包括大尺度腔体、加载系统、瓦斯供给系统、真空泵、瓦斯吸附解吸参数监测系统；大尺度腔体由一面开口的腔体和盖板组成，大尺度腔体壁布置传感器螺纹孔，瓦斯吸附解吸参数监测系统包括传感器，所述传感器通过螺纹孔密封穿入大尺度腔体内，并与置于大尺度腔体外部的瓦斯吸附解吸参数监测系统连接；加载系统密封穿过盖板，调节大尺度腔体内煤体应力环境；瓦斯供给系统通过进气管与大尺度腔体连通；真空泵通过进气管和大尺度腔体连通。该试验系统可实现大尺度煤体瓦斯吸附解吸规律的实验室试验研究，是一种可靠、经济、简单的实验手段。

Description

一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统

技术领域

本发明涉及煤矿设备技术领域，尤其涉及一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统。

背景技术

目前煤样的瓦斯解吸、吸附特性是根据现场取样，再利用实验室试验设备开展的。但现在实验室试验研究的煤样均以煤粉为主，与现场实际的大尺度煤体(内含丰富的孔隙裂隙结构、处于采动影响环境中等)在尺度和内部结构上存在根本性差异；再者，工作面采掘空间的煤壁瓦斯是处在一定外界环境的影响下向外界涌出瓦斯的，而现有实验室进行的瓦斯解吸吸附特性试验均没有考虑外界环境的影响，这也将导致所得结果可能存在较大差异而无法反映真实的煤体瓦斯解吸吸附特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题：如何模拟一定外界环境的影响下大尺度煤体瓦斯吸附解吸特性及向外界涌出特性。

为了解决以上问题，本发明实施例公开了一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，包括大尺度腔体、加载系统、瓦斯供给系统、真空泵、瓦斯吸附解吸参数监测系统；大尺度腔体由一面开口的腔体和盖板组成，大尺度腔体壁布置传感器螺纹孔，瓦斯吸附解吸参数监测系统包括传感器，所述传感器通过螺纹孔密封穿入大尺度腔体内，并与置于大尺度腔体外部的瓦斯吸附解吸参数监测系统连接；加载系统密封穿过盖板，调节大尺度腔体内应力环境；瓦斯供给系统通过进气管和大尺度腔体连通；真空泵通过进气管和大尺度腔体连通。

进一步，作为一种优选，加载系统包括加载隔板、加载机构和加载辅助机构，加载隔板置于大尺度腔体内的煤体上，加载辅助系统通过连接螺栓穿过腔体盖板和特殊硅橡胶材料与大尺度腔体密封连接，加载机构置于加载辅助系统内，加载机构的加载头和特殊硅橡胶材料、加载隔板紧密接触，并通过特殊硅橡胶材料对加载隔板施压。

进一步，作为一种优选，大尺度腔体壁螺纹孔的密封系统由密封双面胶、空心螺栓构成，密封双面胶位于大尺度腔体壁和空心螺栓之间。

进一步，作为一种优选，传感器系统通过空心螺栓穿入大尺度腔体内。

进一步，作为一种优选，传感器为煤体温度变化、煤层应力变化、瓦斯压力与浓度变化传感器。

进一步，作为一种优选，所述大尺度腔体底部设置有面通气系统，所述面通气系统进气孔与进气管联通，分支进气管多处开有小孔，所述面通气系统上设置由多层多孔网组成的隔煤粉网。

进一步，作为一种优选，还包括瓦斯供给系统由瓦斯气瓶、进气管、气压表和瓦斯气表组成,所述进气管与气压表、瓦斯气表联通。

进一步，作为一种优选，还包括模拟开采机构，所述模拟开采机构由切割部分、推进部分配合串接组成，位于所述大尺度腔体内部。

与现有技术相比本发明有益效果为：本发明通过大尺度煤体瓦斯解吸吸附规律的模拟研究，使研究对象包含了实体煤、微结构等，实现了真正意义上的“煤体”瓦斯解吸吸附规律研究；设计简洁的加载系统可简便的实现对煤岩体的加卸载，使系统的研究应力环境对大尺度煤体瓦斯解吸吸附规律研究更易实现；设计的模拟开采机构可以模拟不同采动影响对煤体瓦斯吸附解吸规律的影响；设计的模拟开采机构可以简便的实现推进速度、推进距离、开采高度的调节；设计的瓦斯吸附解吸参数监测系统，可以实现对试验台内瓦斯解吸吸附量、瓦斯压力变化、浓度分布特性等参数的动态时时监控，还可以实现对煤体解吸吸附瓦斯过程中煤体温度演化规律监测。该试验装置可实现大尺度煤体瓦斯吸附解吸规律的实验室试验研究，是一种可靠、经济、简单的实验手段。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：

图1是本发明实施例所述的大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统示意图。

其中，1、大尺度腔体；2、加载辅助机构；3、瓦斯吸附解吸参数监测系统；4、瓦斯供气系统；5、瓦斯气表；6、进气管；7、模拟开采机构；8、面通气系统；9、多孔网；10、加载隔板；11、加载机构；12、盖板；13、连接螺栓；14、真空泵；15、特殊硅橡胶材料；16、传感器；17、地脚垫块；18、空心螺栓。

具体实施方式

为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，包括大尺度腔体1、加载系统2、瓦斯供给系统4、真空泵14、瓦斯吸附解吸参数监测系统3；大尺度腔体1由一面开口的腔体和盖板12组成，大尺度腔体1壁布置空心螺栓18，瓦斯吸附解吸参数监测系统3包括传感器16，所述传感器16通过空心螺栓18密封穿入大尺度腔体1内，并与置于大尺度腔体1外部的瓦斯吸附解吸参数监测系统3连接；加载系统密封穿过盖板12，调节大尺度腔体1内应力环境；瓦斯供给系统4通过进气管6和大尺度腔体1连通；真空泵14通过进气管6和大尺度腔体1连通。

将多孔网9铺设在面通气系统8上，形成面通气；将研究煤体置于大尺度腔体1中，并在此过程中按研究方案依次设置传感器16、并将传感器16通过空心螺栓18与数据监测系统3相连，其中18为空心螺栓，形成数据采集、监测系统；将加载辅助机构2通过连接螺栓13、穿过腔体盖板12和特殊硅橡胶材料15与大尺度腔体1连接，形成盖板密封系统；加载隔板10置于大尺度腔体1内的煤体上，与加载机构11、加载辅助机构2形成加载系统；启动加载机构11对腔体内煤体施加载荷，直至设定研究载荷水平，形成试验所需应力环境；准备完毕后，打开进气管6与控制开关，接入真空泵14并抽真空，形成似真空试验系统；关闭进气管6与控制开关，除去真空泵14并接入瓦斯供气系统4，进气管6连接瓦斯气表5，并持续供瓦斯直至设定瓦斯压力，形成试验所需瓦斯条件；关闭进气管6与控制开关中的外部开关，使腔体内瓦斯进入吸附过程，通过传感器16与瓦斯吸附解吸参数监测系统3持续监测大尺度腔体内瓦斯压力、瓦斯浓度变化，并通过传感器16监测瓦斯吸附过程中的温度变化规律，获得大尺度煤体瓦斯吸附特性规律；瓦斯吸附试验结束后，接入瓦斯流量动态监测设备并打开进气管6与控制开关中的外部开关，实时监测大尺度腔体1内瓦斯压力变化、浓度变化、瓦斯流量计数据，并通过传感器16监测瓦斯吸附过程中的温度变化规律，获得大尺度煤体瓦斯解吸特性规律；在进行大尺度瓦斯解吸吸附规律同时，还可通过模拟开采机构7形成采动作用影响条件，研究采动作用对大尺度瓦斯解吸吸附规律影响规律。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims

1.一种大尺度煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，包括大尺度腔体、加载系统、瓦斯供给系统、真空泵、瓦斯吸附解吸参数监测系统；大尺度腔体由一面开口的腔体和盖板组成，大尺度腔体壁布置传感器螺纹孔，瓦斯吸附解吸参数监测系统包括传感器，所述传感器通过螺纹孔密封穿入大尺度腔体内，并与置于大尺度腔体外部的瓦斯吸附解吸参数监测系统连接；加载系统密封穿过盖板，调节大尺度腔体内煤体应力环境；瓦斯供给系统通过进气管与大尺度腔体连通；真空泵通过进气管与大尺度腔体连通。

2.根据权利要求1所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，所述加载系统包括加载隔板、加载机构和加载辅助机构，加载隔板置于大尺度腔体内的煤体上，加载辅助系统通过连接螺栓穿过腔体盖板和特殊硅橡胶材料与大尺度腔体密封连接，加载机构置于加载辅助系统内，并连接加载隔板，加载机构的加载头和特殊硅橡胶材料接触，并通过特殊硅橡胶材料对加载隔板施压。

3.根据权利要求1所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，所述大尺度腔体壁螺纹孔的密封系统由密封双面胶、空心螺栓构成，密封双面胶位于大尺度腔体壁和空心螺栓之间。

4.根据权利要求3所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，所述，瓦斯参数监测系统传感器通过空心螺栓进入大尺度腔体内。

5.根据权利要求1所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，所述传感器为煤体温度变化、煤层应力变化、瓦斯压力与浓度变化传感器。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，所述大尺度腔体底部设置有面通气系统，所述面通气系统进气孔与总进气管联通，总进气管末端设五根分支进气管，五根分支进气管多处开有小孔，所述面通气系统上设置有由多层多孔网组成的隔煤粉网。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，瓦斯供给系统由瓦斯气瓶、进气孔、气压表和瓦斯气表组成,所述进气孔与气压表和瓦斯气表联通。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，还包括模拟开采机构，所述模拟开采机构由切割部分、推进部分配合串接组成，位于所述大尺度腔体内部。

9.根据权利要求1至5任意一项所述的煤体瓦斯吸附解吸模拟试验系统，其特征在于，整个试验系统底部设有地脚垫块。