CN110579423A - 一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统 - Google Patents

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李博涛
张宏图
姚邦华
郝玉双
姚帅
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Abstract

本发明涉及一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统。包括充气系统,抽真空系统,变压变温系统,解吸环境压力控制系统,参数采集与测控系统。充气系统包括高压气源、气体减压阀及压力表;抽真空系统包括真空泵、真空表和三通阀门;变压变温系统包括电磁圈和真三轴加载装置;解吸环境压力控制系统包括压力缓冲罐、维压容器、活塞、活塞杆及伺服电机;参数采集与测控系统包括瓦斯压力传感器、温度传感器和流量计。本发明可以还原煤样真实应力环境、真实温度条件、控制解吸环境压力,计算机智能控制实验系统并实时监测数据。本实验系统测控精准、测控范围广、压力控制稳定、操作智能。更好地研究不同温度与解吸环境压力的瓦斯解吸规律。

Description

一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯灾害防治领域,特别涉及一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统。
背景技术
煤层瓦斯含量是用来表征煤层气储层特征的关键参数,所以准确测定煤层瓦斯含量对于煤层气资源勘探开发和煤矿瓦斯灾害防治均具有重要意义。由于煤岩所处煤层的应力环境复杂,应力条件变化较快,导致煤岩的孔裂隙发生变化,从而导致煤层瓦斯解吸也发生相应的变化,因此需要通过实验手段了解煤层瓦斯解吸特性,同时煤岩所处煤层的温度及解吸过程形成的环境压力也会影响其瓦斯解吸特性。然而目前有关瓦斯解吸实验考虑的影响因素较为单一,真三轴加载条件下煤岩瓦斯解吸特性研究较少;实验系统只能设置为某一恒定温度,未能实现变温条件;在解吸环境压力上多以常压静态为主,负压状态考虑较少。还存在着测控精度低,测控范围小、压力控制不稳定、智能化程度低等问题,从而造成实验结果发生偏差。有必要提出一个由计算机精准控制的智能化实验系统,还原煤岩真实应力条件,研究不同温度与解吸环境压力条件下瓦斯解吸规律,并且控制实验向预想的方向稳定进行得到瓦斯解吸规律,从而为瓦斯灾害防治提供理论依据。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点,而提出的一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统。
为了实现上述目的,本发明采用了如下技术方案。
一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统。包括充气系统,抽真空系统,变压变温系统,解吸环境压力控制系统,参数采集与测控系统。充气系统包括依次串联的高压气源和高压气源上的气体减压阀及压力表。抽真空系统包括真空泵、真空表和三通阀门,真空泵和真空表依次串联后与气体减压阀一起接入三通阀门。变压变温系统包括电磁圈和真三轴加载装置,三通阀与手动阀一连接插入煤样中,煤样正上方插入第一轴进油管、第一轴压油缸,左侧插入第二轴进油管一、第二轴压油缸一,右侧插入第二轴进油管二、第二轴压油缸二,煤样正后方插入第三轴进油管一、第三轴压油缸一,煤样正前方插入第三轴进油管二、第三轴压油缸二,构成真三轴加载装置并接入计算机中由计算机控制;煤样正下方安装电磁圈,以便还原煤层真实温度环境。解吸环境压力控制系统包括缓冲罐、温度传感器二、计算机、瓦斯压力传感器二、电磁阀三、维压容器、活塞、伺服电机。压力缓冲罐接入维压容器,温度传感器二接入压力缓冲罐,其数据传入到计算机中;电磁阀三的一端也接入到维压容器,电磁阀三的另一端排空;压力传感器二一端连接到计算机中,另一端连接伺服电机,伺服电机带动活塞杆运动,使得维压容器内的活塞运动。参数采集与测控系统包括瓦斯压力传感器一、温度传感器一、手动阀二、三通一、电磁阀一、电磁阀二、流量计、三通二、手动阀三。瓦斯压力传感器一与温度传感器一一起并联接入煤样右下方,其数据传入到计算机中;煤样右上方通过手动阀二与三通一相连,三通一其余两端分别连接电磁阀一和电磁阀二,电磁阀二另一端与流量计相连并接入三通二,电磁阀一、电磁阀二及流量计的数据传入到计算机中;三通二的其余两端分别连接手动阀三和压力缓冲罐。
优选的,所述一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统包括:包括充气系统,抽真空系统,变压变温系统,解吸环境压力控制系统,参数采集与测控系统。
优选的,所述一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,煤样上方安装第一轴进油管、第一轴压油缸给煤样施加轴向应力;煤样左侧安装第二轴进油管一、第二轴压油缸一,右侧安装第二轴进油管二、第二轴压油缸二给煤样施加横向应力;煤样后方安装第三轴进油管一、第三轴压油缸一,前方安装第三轴进油管二、第三轴压油缸二给煤样施加纵向应力,以便还原煤层真实应力环境。
优选的,所述一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,通过电磁圈加热控温功能调节煤样所处的温度条件还原煤层真实温度环境。
优选的,所述一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,压力缓冲罐接入维压容器,温度传感器二接入压力缓冲罐,其数据传入到计算机中;电磁阀三的一端也接入到维压容器,电磁阀三的另一端排空;压力传感器二一端连接到计算机中,另一端连接伺服电机。
本发明提出的一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,有益效果在于:真三轴加载装置对煤样进行加压还原煤样所在煤层的真实应力环境,解吸环境压力控制系统可快速实现并稳定控制解吸过程所需的环境压力,通过电磁圈加热控温功能还原煤样所在煤层的真实温度环境,更加准确地研究不同应力、温度及解吸环境压力的瓦斯解吸规律。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的真三轴加载腔体平面结构示意图。
图中:高压气源高纯度甲烷1、气体减压阀2、真空泵3、真空表4、三通阀门5、手动阀一6、第一轴进油管7、第一轴压油缸8、第二轴进油管一9、第二轴压油缸一10、第二轴进油管二11、第二轴压油缸二12、电磁圈13、瓦斯压力传感器一14、温度传感器一15、手动阀二16、三通一17、电磁阀一18、电磁阀二19、流量计20、三通二21、手动阀三22、压力缓冲罐23、温度传感器二24、计算机25、瓦斯压力传感器二26、电磁阀三27、维压容器28、活塞29、活塞杆30、伺服电机31、第三轴进油管一32、第三轴压油缸一33、第三轴进油管二34、第三轴压油缸二35。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
参照图1、2,一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,包括充气系统,抽真空系统,变压变温系统,解吸环境压力控制系统,参数采集与测控系统。充气系统包括高压气源高纯度甲烷1、气体减压阀2;抽真空系统包括真空泵3、真空表4、三通阀门5;变压变温系统包括手动阀一6、第一轴进油管7、第一轴压油缸8、第二轴进油管一9、第二轴压油缸一10、第二轴进油管二11、第二轴压油缸二12、电磁圈13、瓦斯压力传感器一14、温度传感器一15、手动阀二16、三通一17、电磁阀一18、电磁阀二19、流量计20、三通二21、手动阀三22、第三轴进油管一32、第三轴压油缸一33、第三轴进油管二34、第三轴压油缸二35;解吸环境压力控制系统包括缓冲罐23、温度传感器二24、计算机25、瓦斯压力传感器二26、电磁阀三27、维压容器28、活塞29、活塞杆30、伺服电机31。
实验开始时,将煤样加入真三轴加载系统中,通过计算机25调节第一轴进油管7、第一轴压油缸8给煤样施加轴向应力,调节第二轴进油管一9、第二轴压油缸一10、第二轴进油管二11、第二轴压油缸二12给煤样施加横向应力,调节第三轴进油管一32、第三轴压油缸一33、第三轴进油管二34、第三轴压油缸二35给煤样施加纵向应力,使煤样处于真三轴加载状态;通过调节电磁圈13可以改变煤样所处的温度条件。旋转三通阀门5,接入抽真空系统并断开充气系统;打开真空泵3及手动阀一6、手动阀二16、电磁阀二19、关闭电磁阀一18、电磁阀三27;然后对系统抽真空,使压力传感器一14显示为某一预设压力值P。抽真空完毕后,再次旋转三通阀门5,断开抽真空系统并接入充气系统;打开减压阀2对煤样进行吸附平衡;吸附平衡后,旋转三通阀门并关闭手动阀门一6,使抽真空系统和充气系统与系统断开连接;保持电磁阀二19关闭,打开电磁阀一18,在计算机25上快速输入更改后的压力值给予伺服电机31一个指令,从而带动活塞30在维压容器28内运动,使电磁阀二19两侧环境快速压力平衡,完成一次变压操作。由于压力缓冲罐23 及维压容器28为煤样初始的常压气体及变压环境形成初期瓦斯解吸气体提供了足够的缓冲容积,同时为快速变压形成并维持提供保障。当瓦斯压力传感器一14、温度传感器一15读数稳定时,与流量计20、温度传感器二24、瓦斯压力传感器二26读数传入计算机25中,通过参数采集与测控系统反映出瓦斯解吸规律。
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揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,包括充气系统,抽真空系统,变压变温系统,解吸环境压力控制系统,参数采集与测控系统,充气系统包括高压气源和高压气源上的气体减压阀及压力表;抽真空系统包括真空泵、真空表和三通阀门;变压变温系统包括电磁圈和真三轴加载装置,真三轴加载装置包括第一轴进油管、第一轴压油缸、第二轴进油管一、第二轴压油缸一、第二轴进油管二、第二轴压油缸二、第三轴进油管一、第三轴压油缸一、第三轴进油管二、第三轴压油缸二;参数采集与测控系统包括瓦斯压力传感器一、温度传感器一、手动阀二、三通一、电磁阀一、电磁阀二、流量计、三通二、手动阀三;解吸环境压力控制系统包括缓冲罐、温度传感器二、计算机、瓦斯压力传感器二、电磁阀三、维压容器、活塞、活塞杆、伺服电机。
2.根据权利要求1所述的一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,其特征在于,煤样上方安装第一轴进油管、第一轴压油缸给煤样施加轴向应力;煤样左侧安装第二轴进油管一、第二轴压油缸一,右侧安装第二轴进油管二、第二轴压油缸二给煤样施加横向应力;煤样后方安装第三轴进油管一、第三轴压油缸一,前方安装第三轴进油管二、第三轴压油缸二给煤样施加纵向应力,以便还原煤层真实应力环境。
3.根据权利要求1所述的一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,其特征在于,通过电磁圈加热控温功能还原煤层真实温度环境。
4.根据权利要求1所述的一种变压变温条件下瓦斯解吸实验系统,其特征在于,煤样上方安装第一轴进油管、第一轴压油缸给煤样施加轴向应力;煤样左侧安装第二轴进油管一、第二轴压油缸一,右侧安装第二轴进油管二、第二轴压油缸二给煤样施加横向应力;煤样后方安装第三轴进油管一、第三轴压油缸一,前方安装第三轴进油管二、第三轴压油缸二给煤样施加纵向应力,以便还原煤层真实应力环境。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111648817A (zh) * 2020-06-11 2020-09-11 中煤科工集团重庆研究院有限公司 模拟变温变压的煤样瓦斯解吸装置及测量方法
CN113155669A (zh) * 2021-05-18 2021-07-23 中国地质大学(武汉) 一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置

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