CN102979510B - 煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统 - Google Patents
煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统，该模拟实验系统设有一个筒状的高压罐体，高压罐体的侧面通过压力变送器顺序与数据采集器及微机匹配信息电连接，高压罐体的侧面通过连通管顺序与高压定量充气瓶、精密压力表及瓦斯钢瓶相连通，高压罐体的内部设有注水管，注水管向外穿过高压罐体与高压微量输液泵相连；底座的上部设有小型压力机，小型压力机的下部向下连接着密封活塞。该模拟实验系统可以有效模拟在不同条件下煤层注水驱替过程中瓦斯压力变化规律，并能定量化分析多孔介质中水驱气两相渗流规律，为煤层注水防突机理提供实验支撑，还为矿井采用煤层注水防治煤与瓦斯突出提供了高效的理论指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟试验系统，尤其是可以有效模拟在不同条件下煤层注水驱替过程中瓦斯压力变化规律以及多孔介质中水驱气两相渗流规律的煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统。
背景技术
煤炭是我国最重要的能源，在我国一次能源消费结构中约占67%。而我国煤矿的开采条件差，开采过程中受到瓦斯、水、火、粉尘、低压及热害的影响，其中瓦斯是我国煤矿的第一杀手，也是我国煤矿事故的主要原因。现阶段，煤矿瓦斯灾害又以煤与瓦斯突出危害性最大，而煤与瓦斯突出的防治难度也是世界公认的，世界各国均投入了巨大精力对煤与瓦斯突出防治技术进行研究。我国在长期与煤与瓦斯突出的斗争中，形成了“区域防突措施先行，局部防突措施补充”的治理模式。
国内突出矿井大量开采单一低透气性无保护层可采的突出煤层，煤层瓦斯预抽效果不佳，工程技术人员普遍采用了多种水力化卸压增透措施。煤层注水作为一种防治煤与瓦斯突出的技术措施，既可以作为区域防突措施，也可以作为局部防突措施。但是由于现阶段对煤层注水防突机理研究不够充分，《防治煤与瓦斯突出规定》并没有将煤层注水作为区域性防突措施提出，因此需要进行深入研究。
煤层注水过程为高压水在多孔介质煤体中驱替裂隙中游离瓦斯、在毛细管力作用下置换封堵游离瓦斯的过程，同时煤层注水可改变煤体力学性质及采场应力的重新分布，对造成煤与瓦斯突出因素同时产生影响，达到消除煤与瓦斯突出的作用。
以上多为理论分析，缺乏定量化实验分析。因此，要摸清煤层注水的防突机理，必须对煤层注水进行详细的实验研究，通过实验数据定量化研究煤层动态注水过程对煤体内瓦斯的作用结果，为煤层注水防突机理提供实验支撑，同时为更好的推广和发展该项技术提供理论指导。
发明内容
为了解决现有的煤层注水驱替瓦斯效应缺乏定量化实验分析的问题，本发明提供了一种煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统，该煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统可以有效模拟在不同覆压、不同原始瓦斯压力、不同煤体粒径和煤种以及不同注水参数条件下煤层注水驱替过程中瓦斯压力变化规律，并能定量化分析多孔介质中水驱气两相渗流规律，为煤层注水防突机理提供实验支撑，还为矿井采用煤层注水防治煤与瓦斯突出提供了高效的理论指导。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该模拟实验系统设有一个筒状的高压罐体，高压罐体的下方设有底座，高压罐体的侧面通过多个压力变送器顺序与数据采集器及微机匹配信息电连接，高压罐体的侧面通过连通管顺序与高压定量充气瓶、精密压力表及瓦斯钢瓶相连通，连通管侧面并连通有真空泵；高压罐体的内部竖直设有注水管，注水管向外穿过高压罐体与高压微量输液泵相连，高压微量输液泵通过管道与水池相连通；底座的上部设有小型压力机，小型压力机的下部向下连接着密封活塞，小型压力机与压力机油泵相连通。
所述密封活塞的外圈设有Y型密封垫及O型密封圈，Y型密封垫为2道，O型密封圈为1道，密封活塞的上部匹配设有固定密封活塞螺栓，密封活塞通过固定密封活塞螺栓与小型压力机进行固定连接。
所述高压罐体的侧面开有充放气孔，高压罐体的周围包装有电加热恒温垫，压力变送器通过导气管与高压罐体的内部相连通。
所述高压罐体的侧面连接的压力变送器的个数为3-6个。
该煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的实验步骤如下：
1.向高压罐体内装入煤体，启动压力机油泵，连接密封活塞的小型压力机向下运行，使密封活塞进入高压罐体，并给煤体施加覆压；
2.开启电加热恒温垫，保证煤体处于恒温状态；
3.通过真空泵将高压罐体抽真空，高压定量充气瓶将高压瓦斯定量注入高压罐体，并进行24小时吸附平衡；
4.启动高压微量输液泵将水池中水通过注水管均匀注入高压罐体内，开启数据采集器，将导气管端部压力通过压力变送器、数据采集器传入微机，动态记录注水过程中高压罐体内不同位置处瓦斯气体压力变化数据；
5.根据实验结果分析煤层注水动态驱替瓦斯效应。
本发明的有益效果是，该煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统可以有效模拟在不同覆压、不同原始瓦斯压力、不同煤体粒径和煤种以及不同注水参数条件下煤层注水驱替过程中瓦斯压力变化规律，并能定量化分析多孔介质中水驱气两相渗流规律，为煤层注水防突机理提供实验支撑，还为矿井采用煤层注水防治煤与瓦斯突出提供了高效的理论指导。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的整体结构原理示意图。
图2是密封活塞及高压罐体对应位置示意图。
图3是Ⅰ-Ⅰ剖面图。
图中，1.微机，2.数据采集器，3.小型压力机，4.压力机油泵，5.高压定量充气瓶，6.精密压力表，7.瓦斯钢瓶，8.真空泵，9.高压微量输液泵，10.水池，11.注水管，12.底座，13.高压罐体，14.导气管，15.压力变送器，16.密封活塞，17.充放气孔，18.电加热恒温垫，19.Y型密封垫，20.O型密封圈，21.固定密封活塞螺栓。
具体实施方式
在图中，该模拟实验系统设有一个筒状的高压罐体13，高压罐体13的下方设有底座12，高压罐体13的侧面通过多个压力变送器15顺序与数据采集器2及微机1匹配信息电连接，高压罐体13的侧面通过连通管顺序与高压定量充气瓶5、精密压力表6及瓦斯钢瓶7相连通，连通管侧面并连通有真空泵8；高压罐体13的内部竖直设有注水管11，注水管11向外穿过高压罐体13与高压微量输液泵9相连，高压微量输液泵9通过管道与水池10相连通；底座12的上部设有小型压力机3，小型压力机3的下部向下连接着密封活塞16，小型压力机3与压力机油泵4相连通。
所述密封活塞16的外圈设有Y型密封垫19及O型密封圈20，Y型密封垫19为2道，O型密封圈20为1道，密封活塞16的上部匹配设有固定密封活塞螺栓21，密封活塞16通过固定密封活塞螺栓21与小型压力机3进行固定连接。
所述高压罐体13的侧面开有充放气孔17，高压罐体13的周围包装有电加热恒温垫18，压力变送器15通过导气管14与高压罐体13的内部相连通。
所述高压罐体13的侧面连接的压力变送器15的个数为3个。
该煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的实验步骤如下：
1.向高压罐体13内装入煤体，启动压力机油泵，连接密封活塞16的小型压力机3向下运行，使密封活塞16进入高压罐体13，并给煤体施加覆压；
2.开启电加热恒温垫18，保证煤体处于恒温状态；
3.通过真空泵8将高压罐体13抽真空，高压定量充气瓶5将高压瓦斯定量注入高压罐体13，并进行24小时吸附平衡；
4.启动高压微量输液泵9将水池10中水通过注水管11均匀注入高压罐体13内，开启数据采集器2，将导气管14端部压力通过压力变送器15、数据采集器2传入微机1，动态记录注水过程中高压罐体13内不同位置处瓦斯气体压力变化数据；
5.根据实验结果分析煤层注水动态驱替瓦斯效应。
Claims (5)
1.煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的装置，该模拟实验系统设有一个筒状的高压罐体（13），高压罐体（13）的下方设有底座（12），其特征在于，高压罐体（13）的侧面通过多个压力变送器（15）顺序与数据采集器（2）及微机（1）匹配信息电连接，高压罐体（13）的侧面通过连通管顺序与高压定量充气瓶（5）、精密压力表（6）及瓦斯钢瓶（7）相连通，连通管侧面并连通有真空泵（8）；高压罐体（13）的内部竖直设有注水管（11），注水管（11）向外穿过高压罐体（13）与高压微量输液泵（9）相连，高压微量输液泵（9）通过管道与水池（10）相连通；底座（12）的上部设有小型压力机（3），小型压力机（3）的下部向下连接着密封活塞（16），小型压力机（3）与压力机油泵（4）相连通。
2.根据权利要求1所述的煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的装置，其特征在于，所述密封活塞（16）的外圈设有Y型密封垫（19）及O型密封圈（20），Y型密封垫（19）为2道，O型密封圈（20）为1道，密封活塞（16）的上部匹配设有固定密封活塞螺栓（21），密封活塞（16）通过固定密封活塞螺栓（21）与小型压力机（3）进行固定连接。
3.根据权利要求1所述的煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的装置，其特征在于，所述高压罐体（13）的侧面开有充放气孔（17），高压罐体（13）的周围包装有电加热恒温垫（18）。
4.根据权利要求1所述的煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的装置，其特征在于，所述高压罐体（13）的侧面连接的压力变送器（15）的个数为3-6个。
5.利用煤层注水驱替瓦斯效应模拟实验系统的实验装置进行实验的步骤，其特征在于，向高压罐体（13）内装入煤体，启动压力机油泵，连接密封活塞（16）的小型压力机（3）向下运行，使密封活塞（16）进入高压罐体（13），并给煤体施加覆压；开启电加热恒温垫（18），保证煤体处于恒温状态；通过真空泵（8）将高压罐体（13）抽真空，高压定量充气瓶（5）将高压瓦斯定量注入高压罐体（13），并进行24小时吸附平衡；启动高压微量输液泵（9）将水池（10）中水通过注水管（11）均匀注入高压罐体（13）内，开启数据采集器（2），将导气管（14）端部压力通过压力变送器（15）、数据采集器（2）传入微机（1），动态记录注水过程中高压罐体（13）内不同位置处瓦斯气体压力变化数据；根据实验结果分析煤层注水动态驱替瓦斯效应。
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