CN111007100B - 长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，包括用于夹持长煤岩样的测试室，气源、增压泵、高压气体储罐和单向阀依次串联构成送气管路，平流泵与蒸汽发生器串联构成蒸汽升温管路，所述送气管路与蒸汽升温管路并联后，再与压力传感器串联在测试室的进气端，所述测试室的出气端连接有出气管路，出气管路上设置有压力传感器和截止阀，所述测试室内设置有长煤岩样腔，长煤岩样腔的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm。能更加真实地模拟固气耦合吸附膨胀情况，更加真实地反映不同地层中煤岩样温升吸附膨胀过程中的相互影响。
Description
技术领域
本发明属于煤岩样测试设备技术领域，具体涉及一种用于对长煤岩样进行固气耦合吸附膨胀模拟试验用的测试系统。
背景技术
在不同地层中，煤岩样以及煤岩样中的二氧化碳温度各不相同。现目前，在煤岩样固气耦合吸附膨胀测试试验时，针对不同的温度要分别进行多次试验，试验效率低；并且由于不同温度测试试验各自独立，无法真实模拟不同地层中煤岩样在温升吸附膨胀时的相互影响，存在一定的局限性。
发明内容
本发明旨在提供一种专用于煤岩样固气耦合吸附膨胀测试试验用的测试室，能更加真实地模拟固气耦合吸附膨胀情况，更加真实地反映不同地层中煤岩样温升吸附膨胀过程中的相互影响。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，包括用于夹持长煤岩样的测试室，气源、增压泵、高压气体储罐和单向阀依次串联构成送气管路，平流泵与蒸汽发生器串联构成蒸汽升温管路，所述送气管路与蒸汽升温管路并联后，再与压力传感器串联在测试室的进气端，所述测试室的出气端连接有出气管路，出气管路上设置有压力传感器和截止阀，所述测试室内设置有长煤岩样腔，长煤岩样腔的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm。
作为上述方案的优选，所述测试室包括长钢筒，以及安装在长钢筒内的进气端接气封头和出气端封头，三者围成长条形的长煤岩样腔，所述长钢筒外裹覆有加热保温套，加热保温套由若干段拼接而成，且每段能各自单独加热，在长钢筒的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器和若干个成一字排开的径向应变力传感器，温度传感器与径向应变力传感器环向错开并一一对应设置，分别用于测量长煤岩样不同段的温度和径向应变力，所述加热保温套相邻两段的分界面位于两个径向应变力传感器之间，加热保温套上开设有供径向应变力传感器通过的孔，所述出气端封头上安装有轴向应变力传感器。本测试室的核心创新包括：(1)选用长条形的长煤岩样腔用于放置长煤岩样；(2)选用分段拼接而成的加热保温套裹覆在长钢筒外，且每段能各自单独加热，能分别对长煤岩样腔的长煤岩样分段加热，根据需要对长煤岩样加热至不同温度；(3)在长钢筒的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器和径向应变力传感器，能分别监测长煤岩样不同段的加热温度和径向应变力，在出气端封头上安装有轴向应变力传感器用于监测长煤岩样的轴向应变力，从而模拟出不同温度地层吸附二氧化碳升温膨胀后的地应力。
作为上述方案的优选，在所述长钢筒的外壁上设置有正对长煤岩样腔的两个环向高压液接口。
进一步优选为，所述加热保温套采用硅橡胶，加热保温套展开后为长方形，加热保温套的两端通过魔术贴或粘接扣固定成环，相邻两段之间勾挂在一起实现无缝衔接。
进一步优选为，所述长煤岩样腔的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm。
进一步优选为，所述温度传感器、径向应变力传感器各为4—6个，相应地，加热保温套分成4—6段。
进一步优选为，所述出气端封头包括堵头和盖帽，所述堵头过盈配合安装在长钢筒内，盖帽与长钢筒螺接在一起，盖帽的前端抵紧在堵头后方；所述轴向应变力传感器的主体安装在堵头上，轴向应变力传感器的感应端插入长钢筒内的滑动环中，滑动环与堵头间隔设置。借用出气端封头安装轴向应变力传感器，只需要另外再配备滑动环，利用滑动环进行轴向应变力的传递，确保安装结构简单且稳固可靠，测量数值真实准确。
进一步优选为，所述增压泵与配备的空压机之间设置有减压阀、压力表和截止阀；所述增压泵与高压气体储罐之间设置有截止阀，高压气体储罐与单向阀之间设置有截止阀、减压阀和压力表；气源与增压泵之间设置有压力表，蒸汽发生器的后方设置有截止阀；以确保系统的安全运行。
本发明的有益效果：该测试系统能一次对长煤岩样分段加热至不同温度，通过径向应变力传感器和轴向应变力传感器分别监测不同段的升温膨胀应变，从而更加真实地模拟固气耦合吸附膨胀后两个方向上的不同地应力，更为真实地反映不同地层中煤岩样温升吸附膨胀过程中的相互影响，显著提高了测试效率，使试验结果具有更高的现实指导意义，对煤层安全开采提供可靠保障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为测试室的结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
结合图1、图2所示，一种长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，主要由长钢筒1、进气端接气封头2、出气端封头3、加热保温套4、温度传感器5、径向应变力传感器6、轴向应变力传感器7、滑动环8、气源9、增压泵10、高压气体储罐11、单向阀12、压力传感器13、平流泵14、蒸汽发生器15、截止阀16、空压机17、减压阀1、压力表19组成。
测试室用于夹持长煤岩样，主要由长钢筒1、进气端接气封头2、出气端封头3组成。气源9、增压泵10、高压气体储罐11和单向阀12依次串联构成送气管路，平流泵14与蒸汽发生器15串联构成蒸汽升温管路，送气管路与蒸汽升温管路并联后，再与压力传感器13串联在测试室的进气端，测试室的出气端连接有出气管路，出气管路上设置有压力传感器13和截止阀16，测试室内设置有长煤岩样腔A，长煤岩样腔A的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm。送气管路与蒸汽升温管路汇合后的管路上设置有测温计。平流泵14最好选用20ml/min-20MPa。
增压泵10与配备的空压机17之间设置有减压阀18、压力表19和截止阀16；增压泵10与高压气体储罐11之间设置有截止阀16，高压气体储罐11与单向阀12之间设置有截止阀16、减压阀18和压力表19；气源9与增压泵10之间设置有压力表19；蒸汽发生器15的后方设置有截止阀16。
如图2所示，进气端接气封头2和出气端封头3安装在长钢筒1内，三者围成长条形的长煤岩样腔A，用于放置长煤岩样。
长钢筒1外裹覆有加热保温套4。加热保温套4由若干段拼接而成，每段能各自单独加热，能分别对长煤岩样腔A的长煤岩样分段加热，根据需要对长煤岩样加热至不同温度。实际操作时，长煤岩样的各段加热温度依次递增，以更加真实地模拟固气耦合吸附膨胀情况，更加真实地反映不同地层中煤岩样温升吸附膨胀过程中的各段之间的相互影响。
在长钢筒1的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器5和若干个成一字排开的径向应变力传感器6。温度传感器5与径向应变力传感器6环向错开并一一对应设置，分别用于测量长煤岩样不同段的温度和径向应变力。温度传感器5随时监测长煤岩样的各段加热温度，实现精确控制。
加热保温套4相邻两段的分界面位于两个径向应变力传感器6之间，加热保温套4上开设有供径向应变力传感器5通过的孔，出气端封头3上安装有轴向应变力传感器7。
最好是，在长钢筒1的外壁上设置有正对长煤岩样腔A的两个环向高压液接口a。利用同一长钢筒1能分别进行长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试试验和长煤岩样的二氧化碳渗流试验，当需要进行长煤岩样的二氧化碳渗流试验时，取下进气端接气封头和出气端封头，并更换另外的端头接气封头，安装上环压泵和轴压泵即可。
另外，加热保温套4最好采用硅橡胶，加热保温套4展开后为长方形，加热保温套4的两端通过魔术贴或粘接扣固定成环，相邻两段之间勾挂在一起实现无缝衔接，安装方便可靠。
优选为，长煤岩样腔A的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm。长煤岩样腔A的长度：直径≥5:1。
温度传感器5、径向应变力传感器6各为4—6个，相应地，加热保温套4分成4—6段。
出气端封头3主要由堵头3a和盖帽3b组成，堵头3a过盈配合安装在长钢筒1内，盖帽3b与长钢筒1螺接在一起，盖帽3b的前端抵紧在堵头3a后方。轴向应变力传感器7的主体安装在堵头3a上，轴向应变力传感器7的感应端插入长钢筒1内的滑动环8中，滑动环8与堵头3a间隔设置。轴向力通过滑动环8传递到轴向应变力传感器7的感应端上。
Claims (6)
1.一种长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，其特征在于：包括用于夹持长煤岩样的测试室，气源(9)、增压泵(10)、高压气体储罐(11)和单向阀(12)依次串联构成送气管路，平流泵(14)与蒸汽发生器(15)串联构成蒸汽升温管路，所述送气管路与蒸汽升温管路并联后，再与压力传感器(13)串联在测试室的进气端，所述测试室的出气端连接有出气管路，出气管路上设置有压力传感器(13)和截止阀(16)，所述测试室内设置有长煤岩样腔(A)，长煤岩样腔(A)的长度为475±100mm，直径为φ76±10mm；
所述测试室包括长钢筒(1)，以及安装在长钢筒(1)内的进气端接气封头(2)和出气端封头(3)，三者围成长条形的长煤岩样腔(A)，所述长钢筒(1)外裹覆有加热保温套(4)，加热保温套(4)由若干段拼接而成，且每段能各自单独加热，在长钢筒(1)的侧壁上沿长度方向设置有若干个成一字排开的温度传感器(5)和若干个成一字排开的径向应变力传感器(6)，温度传感器(5)与径向应变力传感器(6)环向错开并一一对应设置，分别用于测量长煤岩样不同段的温度和径向应变力，所述加热保温套(4)相邻两段的分界面位于两个径向应变力传感器(6)之间，加热保温套(4)上开设有供径向应变力传感器(6 )通过的孔，所述出气端封头(3)上安装有轴向应变力传感器(7)。
2.按照权利要求1所述的长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，其特征在于：在所述长钢筒(1)的外壁上设置有正对长煤岩样腔(A)的两个环向高压液接口(a)。
3.按照权利要求1所述的长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，其特征在于：所述加热保温套(4)采用硅橡胶，加热保温套(4)展开后为长方形，加热保温套(4)的两端通过魔术贴或粘接扣固定成环，相邻两段之间勾挂在一起实现无缝衔接。
4.按照权利要求1所述的长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，其特征在于：所述温度传感器(5)、径向应变力传感器(6)各为4—6个，相应地，加热保温套(4)分成4—6段。
5.按照权利要求1所述的长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，其特征在于：所述出气端封头(3)包括堵头(3a)和盖帽(3b)，所述堵头(3a)过盈配合安装在长钢筒(1)内，盖帽(3b)与长钢筒(1)螺接在一起，盖帽(3b)的前端抵紧在堵头(3a)后方；所述轴向应变力传感器(7)的主体安装在堵头(3a)上，轴向应变力传感器(7)的感应端插入长钢筒(1)内的滑动环(8)中，滑动环(8)与堵头(3a)间隔设置。
6.按照权利要求1所述的长煤岩样固气耦合吸附膨胀测试系统，其特征在于：所述增压泵(10)与配备的空压机(17)之间设置有减压阀(18)、压力表(19)和截止阀(16)；所述增压泵(10)与高压气体储罐(11)之间设置有截止阀(16)，高压气体储罐(11)与单向阀(12)之间设置有截止阀(16)、减压阀(18)和压力表(19)；气源(9)与增压泵(10)之间设置有压力表(19)；蒸汽发生器(15)的后方设置有截止阀(16)。
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