CN103822856B - 不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，应力加载系统、恒温系统、气路系统；应力加载系统包括应力加载测试缸，应力加载测试缸设有加压口、测温口和进气口，加压口连接有应力加载装置，测温口设有温度传感器，进气口与气路系统连接；恒温系统包括恒温箱，应力加载测试缸设于恒温箱中；气路系统包括高压气瓶、减压阀、截止阀、进气管路、压力传感器、出气管路、真空泵、流量传感器等；温度传感器、压力传感器和流量传感器分别通过数据采集模块与工控机连接。可以模拟测试实际煤矿中不同采动应力约束条件下煤体的瓦斯吸附解吸扩散行为，为研究煤体瓦斯运移规律、瓦斯涌出等理论提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿开采中煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，尤其涉及一种不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置。
背景技术
目前，在我国的一次能源消费结构中，煤炭约占67％，预测到2020年煤炭占60％左右，2050年仍将占50％以上。因此，煤炭在相当长的时期内将一直是我国居支配地位的主要能源。但是，我国的煤炭资源埋藏深度普遍较大，95％的煤炭需要井工开采，矿井以每年20m的速度向深部延伸，煤层瓦斯含量随之增加，瓦斯灾害愈发严重。我国大中型矿井中高瓦斯和突出矿井占48％，建国以来发生煤与瓦斯突出事故1万余次，占世界突出总数的1/3以上，其中最大的一次突出，突出煤炭和岩石量约12780吨，瓦斯150万m3。同时，瓦斯也是一种温室气体，甲烷对臭氧层的破坏能力是二氧化碳的7倍，引起的升温效应是同体积二氧化碳的25倍。另外煤层瓦斯作为天然清洁能源，它还是一种资源，据测算，我国埋深2000m以浅的煤层气35万亿m3，其中探明储量约12万亿m3，远景储量23万亿m3，大体与我国的天然气总量相当，资源十分丰富。目前世界拥有的煤层气资源总量约为240万亿立方米，资源量最多的5个国家依次为：俄罗斯、中国、加拿大、美国、澳大利亚。据计算，1000立方米煤层气相当于1吨标准煤，其发热量可达30兆焦/立方米以上，据此估算我国的煤层气储量相当于350亿吨标准煤或240亿吨石油。
因此，从治理煤矿瓦斯灾害煤与瓦斯突出和环境污染，以及开发利用来看，瓦斯抽放都是很好的途径。
由于我国煤层透气性差，抽放效果普遍不太理想，这为煤与瓦斯突出的预防带来了很大的困难。煤层瓦斯以吸附、游离状态储存在煤层及邻近岩层之中。瓦斯在煤层中的运移过程是一个扩散-渗流过程。首先是大量的吸附瓦斯在煤中的解吸扩散。在煤矿开采过程中煤层原始应力状态被破坏而处于采动应力影响之下，瓦斯平衡状态被打破，吸附瓦斯开始解吸扩散，最终从煤层涌出到巷道中。瓦斯整个的解吸扩散过程处于不同应力约束条件之下，而之前的研究对应力的影响考虑较少，使得研究结果与实际存在偏差，进而给瓦斯涌出预测等造成困难，对煤矿瓦斯防治工作不利。
现有技术中，还没有一种不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置能用于研究瓦斯在煤体中的吸附解吸扩散规律和研究清瓦斯运移规律。
发明内容
本发明的目的是提供一种不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，可以真实模拟实际煤矿中煤层被采动时瓦斯在煤体中的吸附解吸扩散行为，以实现对应力约束条件下的瓦斯吸附解吸扩散行为的测试，为研究煤体瓦斯运移规律、瓦斯涌出等理论提供依据。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，包括应力加载系统、恒温系统、气路系统；
所述应力加载系统包括应力加载测试缸，所述应力加载测试缸设有加压口、测温口和进气口，所述加压口连接有应力加载装置，所述测温口设有温度传感器，所述进气口与所述气路系统连接；
所述恒温系统包括恒温箱，所述应力加载测试缸设于所述恒温箱中；
所述气路系统包括高压气瓶、减压阀、截止阀、进气管路，所述进气管路上连接有压力传感器、出气管路和真空泵，所述出气管路上设有流量传感器；
所述温度传感器、压力传感器和流量传感器分别通过数据采集模块与工控机连接。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，可以真实模拟实际煤矿中煤层被采动时瓦斯在煤体中的吸附解吸扩散行为，以实现对应力约束条件下的瓦斯吸附解吸扩散行为的测试，为研究煤体瓦斯运移规律、瓦斯涌出等理论提供依据。
附图说明
图1为本发明实施例提供的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中应力加载测试缸的纵向剖视结构示意图；
图3为本发明实施例中应力加载测试缸的加载活塞的端面结构示意图；
图4为本发明实施例中应力加载测试缸的端面结构示意图。
图中：
1、进气口，2、移动圆柱体，3、加压口，4、加载活塞，5、圆柱形缸体，6、测温 口，7、凸台，8、横向凹槽。
具体实施方式
下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
本发明的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，其较佳的具体实施方式如图1所示：
包括应力加载系统、恒温系统、气路系统；
所述应力加载系统包括应力加载测试缸，所述应力加载测试缸设有加压口、测温口和进气口，所述加压口连接有应力加载装置，所述测温口设有温度传感器，所述进气口与所述气路系统连接；
所述恒温系统包括恒温箱，所述应力加载测试缸设于所述恒温箱中；
所述气路系统包括高压气瓶、减压阀、截止阀、进气管路，所述进气管路上连接有压力传感器、出气管路和真空泵，所述出气管路上设有流量传感器；
所述温度传感器、压力传感器和流量传感器分别通过数据采集模块与工控机连接。
如图2、图3、图4所示，所述应力加载测试缸包括圆柱形缸体，所述圆柱形缸体的一端设有加载活塞，所述加载活塞的内端与所述圆柱形缸体的底壁之间形成煤样室，所述测温口和进气口与所述煤样室连通。
所述应力加载测试缸的内壁两侧分别设有横向凹槽，所述应力加载测试缸的内壁中部设有环形凹槽，所述加载活塞的两侧面的中部设有与所述横向凹槽对应的凸台，所述凸台沿所述横向凹槽推入至所述环形凹槽后旋转90度卡在所述环形凹槽中，所述环形凹槽后侧的缸壁内设有移动圆柱体，所述移动圆柱体的前端抵在所述凸台的后部，所述加压口与所述移动圆柱体后部的空间连通。
所述出气管路上设有人工流量计量装置。
所述人工流量计量装置包括量管、水准瓶，所述量管的底部与所述水准瓶的底部连通，所述量管的下部和所述水准瓶的下部设有封闭液，所述量管的顶部与所述出气管路连接。
所述应力加载装置包括手动泵。
本发明可以模拟测试实际煤矿中不同采动应力约束条件下煤体的瓦斯吸附解吸扩散行为，为研究煤体瓦斯运移规律、瓦斯涌出等理论提供依据。
具体实施例的工作步骤为：
首先，开启数据测试系统，测试整个装置的气密性；然后，按要求做好的煤样放进测试缸中，连接好在整个实验装置，抽真空；接着，对测试缸施加应力，充入气体；最后，当气体吸附平衡，开始瓦斯解吸扩散实验，直至实验结束。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，其特征在于，包括应力加载系统、恒温系统、气路系统；
所述应力加载系统包括应力加载测试缸，所述应力加载测试缸设有加压口、测温口和进气口，所述加压口连接有应力加载装置，所述测温口设有温度传感器，所述进气口与所述气路系统连接；
所述恒温系统包括恒温箱，所述应力加载测试缸设于所述恒温箱中；
所述气路系统包括高压气瓶、减压阀、截止阀、进气管路，所述进气管路上连接有压力传感器、出气管路和真空泵，所述出气管路上设有流量传感器；
所述温度传感器、压力传感器和流量传感器分别通过数据采集模块与工控机连接；
所述应力加载测试缸包括圆柱形缸体，所述圆柱形缸体的一端设有加载活塞，所述加载活塞的内端与所述圆柱形缸体的底壁之间形成煤样室，所述测温口和进气口与所述煤样室连通。
2.根据权利要求1所述的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，其特征在于，所述应力加载测试缸的内壁两侧分别设有横向凹槽，所述应力加载测试缸的内壁中部设有环形凹槽，所述加载活塞的两侧面的中部设有与所述横向凹槽对应的凸台，所述凸台沿所述横向凹槽推入至所述环形凹槽后旋转90度卡在所述环形凹槽中，所述环形凹槽后侧的缸壁内设有移动圆柱体，所述移动圆柱体的前端抵在所述凸台的后部，所述加压口与所述移动圆柱体后部的空间连通。
3.根据权利要求1或2所述的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，其特征在于，所述出气管路上设有人工流量计量装置。
4.根据权利要求3所述的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，其特征在于，所述人工流量计量装置包括量管、水准瓶，所述量管的底部与所述水准瓶的底部连通，所述量管的下部和所述水准瓶的下部设有封闭液，所述量管的顶部与所述出气管路连接。
5.根据权利要求1或2所述的不同应力约束条件下煤体瓦斯吸附解吸扩散模拟实验装置，其特征在于，所述应力加载装置包括手动泵。
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