CN112147269B - 一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置 - Google Patents
一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112147269B CN112147269B CN202011054568.3A CN202011054568A CN112147269B CN 112147269 B CN112147269 B CN 112147269B CN 202011054568 A CN202011054568 A CN 202011054568A CN 112147269 B CN112147269 B CN 112147269B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- simulation
- gas
- guide pipe
- gasification
- coal seam
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000002309 gasification Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 238000004088 simulation Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims abstract description 45
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims abstract description 54
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 54
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 50
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 46
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000001612 separation test Methods 0.000 claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 30
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 17
- 239000010445 mica Substances 0.000 claims description 13
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 10
- DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N (R)-camphor Chemical compound C1C[C@@]2(C)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C DSSYKIVIOFKYAU-XCBNKYQSSA-N 0.000 claims description 9
- 241000723346 Cinnamomum camphora Species 0.000 claims description 9
- 229960000846 camphor Drugs 0.000 claims description 9
- 229930008380 camphor Natural products 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 8
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims description 7
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 7
- 238000005276 aerator Methods 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 8
- 238000011160 research Methods 0.000 abstract description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 80
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 10
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 9
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- 241000108664 Nitrobacteria Species 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 2
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 2
- 238000005273 aeration Methods 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000006065 biodegradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N methane;hydrate Chemical compound C.O VUZPPFZMUPKLLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000033116 oxidation-reduction process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010223 real-time analysis Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
- G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
本发明公开一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，涉及地下煤层气化研究技术领域，包括底座、气化废水处理装置和实验台，实验箱体中用于由下至上依次铺设多个模拟层，相邻的两个模拟层之间设置有一个分隔测试组件，最下端的模拟层为模拟煤层，巷道模拟导管组件用于铺设于模拟煤层中；进气导管和出气导管分别设置于实验箱体内部两侧，出气导管下端与巷道模拟导管组件连接，出气导管上端由实验箱体顶部伸出并与气体组分分析装置连接；氧化区监测组件和还原区监测组件均设置于模拟煤层中。该装置能够模拟地下煤炭实现地下开采完整过程与地面抽采气体成分分析，为在实现地下实施气化技术之前进行实验室规模研究提供实验平台。
Description
技术领域
本发明涉及地下煤层气化研究技术领域，特别是涉及一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置。
背景技术
我国煤炭资源总储量相对较大，但是我国人口众多优化能源供需结构。优化煤炭生产与消费结构，推动煤炭清洁生产与智能高效开采，对煤炭资源进行绿色精准开采是我国煤炭行业面临的当务之急。煤炭气化开采作为绿色安全开采的一个重要途径，加快煤层气的勘探开发利用与对地下煤炭实现气化开采显得十分重要。
地下煤气化是一个复杂的过程，因为它取决于许多因素，例如地层的地质和地质水文分析，煤的物理和化学性质，过程参数，地震事件，实时分析产出气。煤的性质是最重要的因素，这些因素影响地下煤的气化过程。现有的关于煤炭气化的方法及技术，均是模拟由煤炭转化为煤层气的过程，大都是对于单个煤块或已有采出煤炭的气化流程进行详细描述。而对于原始煤炭资源所处的地下环境并未进行完整的考虑，从而对于煤炭资源从地下直接进行气化开采的完整过程并未进行有效模拟，进而对于煤炭地下气化开采对于煤层自身状态与形态的影响以及随着反应过程以及开采的推进对于顶板的破断机理，乃至上覆岩层的运动规律未进行有效的探究；同时煤层气化开采的过程受多因素的影响，包括对于反应的各个阶段的温度较为敏感，反应过程的气体组分对于反应进行程度的影响也较大，而现有的煤气化方法及技术缺少对于气化反应过程有效参量的监测。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，能够模拟地下煤炭实现地下开采完整过程与地面抽采气体成分分析，为在实现地下实施气化技术之前进行实验室规模研究提供实验平台。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，包括由下至上依次设置的底座、气化废水处理装置和实验台，所述实验台包括实验箱体、进气导管、引燃组件、出气导管、氧化区监测组件、还原区监测组件、气体组分分析装置、巷道模拟导管组件、计算机和多个分隔测试组件，所述实验箱体为上端开口结构，所述实验箱体中用于由下至上依次铺设多个模拟层，相邻的两个所述模拟层之间设置有一个分隔测试组件，最下端的所述模拟层为模拟煤层，所述巷道模拟导管组件用于铺设于所述模拟煤层中；所述进气导管和所述出气导管分别设置于所述实验箱体内部两侧，所述进气导管用于插入所述模拟煤层中，所述引燃组件设置于所述进气导管中，所述出气导管下端与所述巷道模拟导管组件连接，所述出气导管上端由所述实验箱体顶部伸出并与所述气体组分分析装置连接；所述氧化区监测组件和所述还原区监测组件均设置于所述模拟煤层中，所述进气导管、所述氧化区监测组件、所述还原区监测组件和所述出气导管依次设置；所述氧化区监测组件、所述还原区监测组件、所述气体组分分析装置和多个所述分隔测试组件均与所述计算机连接；所述实验箱体底部设置有多个滴水孔，所述气化废水处理装置为上端开口结构。
优选地，所述实验箱体包括底板、前挡板、后挡板、两个卡槽和两个侧板，所述滴水孔设置于所述底板上，两个所述侧板分别固定于所述底板上部的两端，所述前挡板包括多个由下至上依次设置有的多个条状挡板，所述条状挡板两端分别通过螺栓固定于两个所述侧板前端，所述后挡板通过两个所述卡槽安装于两个所述侧板之间。
优选地，所述巷道模拟导管组件包括一个横管，所述横管上设置有多个进气孔，所述出气导管与所述横管的一端连接。
优选地，所述巷道模拟导管组件包括至少两个横管和多个纵管，所述横管上设置有多个进气孔，所述纵管用于连通多个所述横管，所述出气导管与靠近所述后挡板的所述横管的一端连接。
优选地，所述氧化区监测装置包括氧化区温度传感器和氧化区气体传感器，所述氧化区温度传感器设置于所述横管中，所述氧化区气体传感器设置于所述后挡板内壁上；所述还原区监测装置包括还原区温度传感器和还原区气体传感器，所述还原区温度传感器设置于所述横管中，所述还原区气体传感器设置于所述后挡板内壁上；所述氧化区温度传感器、所述氧化区气体传感器、所述还原区温度传感器和所述还原区气体传感器均与所述计算机连接。
优选地，所述引燃组件包括高温导热电阻丝、导线、绝缘杆和多个樟脑球，所述导线缠绕于所述绝缘杆上，所述绝缘杆穿过所述进气导管插入所述模拟煤层中，所述高温导热电阻丝与所述导线下端连接，多个所述樟脑球设置于所述进气导管下端出口处。
优选地，所述分隔测试组件包括云母片和多个应变片，相邻的两个所述模拟层之间铺设有一层所述云母片，多个所述应变片设置于所述云母片中，所述应变片与所述计算机连接。
优选地，所述气化废水处理装置包括上端开口的废水处理箱，所述废水处理箱的两端分别设置有注水通道和排水通道，所述排水通道上设置有阀门，所述废水处理箱的底部由设有注水通道的一端至设有排水通道的一端向下倾斜设置，所述废水处理箱底部设置有污泥层，所述污泥层中设置有多个曝气器，所述污泥层上方形成反应区。
优选地，所述底座上部设置有安装槽，所述安装槽与所述废水处理箱底部结构相匹配，所述底座靠近所述排水通道的一端设置有水槽，所述排水通道设置于所述水槽上方。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，包括由下至上依次设置的底座、气化废水处理装置和实验台，实验台包括实验箱体、进气导管、引燃组件、出气导管、氧化区监测组件、还原区监测组件、气体组分分析装置、巷道模拟导管组件、计算机和多个分隔测试组件，通过设置气化废水处理装置能够模拟处理矿井气化废水的过程。通过引燃组件进行点火使得反应进行，反应开始后氧化区监测组件与还原区监测组件分别对氧化区与还原区的温度和气体组分进行有效监测，同时通过连接计算机实现气化反应过程的实时可视化，进而实现对于气化过程温度与反应进程进行有效监测。实验进行中与实验后收集出气导管输出的气化气体，与气体组分分析装置连接，能够对开采的煤层气成分进行分析。相邻的两个模拟层之间设置有一个分隔测试组件，能够监测随着反应进行顶板岩层各分层所处位置及状态，从而探究气化开采过程中顶板岩层的运动规律。可见，该装置能够模拟地下煤炭实现地下开采完整过程与地面抽采气体成分分析，为在实现地下实施气化技术之前进行实验室规模研究提供了实验平台。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置的主视图；
图2为本发明中实验台和气化废水处理装置的立体结构示意图；
图3为本发明中气化废水处理装置的结构示意图；
图4为本发明中卡槽与后挡板的配合示意图；
图5为本发明中氧化区温度传感器的安装示意图；
图6为本发明中氧化区气体传感器的安装示意图；
图7为本发明中进气导管下端的局部放大图。
附图标记说明：1、底座；2、水槽；3、气化废水处理装置；31、废水处理箱；32、注水通道；33、排水通道；34、污泥层；35、曝气器；4、实验箱体；41、侧板；42、条状挡板；43、螺栓；44、卡槽；45、后挡板；46、横管；47、纵管；5、进气导管；6、绝缘杆；7、高温导热电阻丝；8、樟脑球；9、氧化区监测组件；91、氧化区温度传感器；92、氧化区气体传感器；10、还原区监测组件；11、出气导管；12、气体组分分析装置；13、云母片；14、应变片；15、运气管道；16、模拟煤层；17、模拟直接顶；18、模拟基本顶；19、模拟松散层。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，能够模拟地下煤炭实现地下开采完整过程与地面抽采气体成分分析，为在实现地下实施气化技术之前进行实验室规模研究提供实验平台。
为使本发明的上述目的、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和图2所示，本实施例提供一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，包括由下至上依次设置的底座1、气化废水处理装置3和实验台，实验台包括实验箱体4、进气导管5、引燃组件、出气导管11、氧化区监测组件9、还原区监测组件10、气体组分分析装置12、巷道模拟导管组件、计算机和多个分隔测试组件，实验箱体4为上端开口结构，实验箱体4中用于由下至上依次铺设多个模拟层，相邻的两个模拟层之间设置有一个分隔测试组件，最下端的模拟层为模拟煤层16，巷道模拟导管组件用于铺设于模拟煤层16中，巷道模拟导管组件用来模拟实际地下煤炭气化开采中的各种巷道，为煤层气的传输提供通道。
本实施例中模拟层设置为四个，四个模拟层由下至上依次为模拟煤层16、模拟直接顶17、模拟基本顶18和模拟松散层19，具体地，根据现场煤层条件设置的不同配比的沙子、石灰、石膏、黑墨以及水来制作模拟煤层16，通过不同配比的沙子、石灰、石膏和水来分别制作模拟直接顶17、模拟基本顶18和模拟松散层19，再依次进行铺设。
进气导管5和出气导管11分别设置于实验箱体4内部两侧，进气导管5用于插入模拟煤层16中，引燃组件设置于进气导管5中，出气导管11下端与巷道模拟导管组件连接，出气导管11上端由实验箱体4顶部伸出并与气体组分分析装置12连接，具体地，出气导管11通过运气管道15与气体组分分析装置12连接；氧化区监测组件9和还原区监测组件10均设置于模拟煤层16中，氧化区监测组件9用于监测氧化区的温度和气体组分，还原区监测组件10用于监测还原区的温度和气体组分，进气导管5、氧化区监测组件9、还原区监测组件10和出气导管11依次设置；氧化区监测组件9、还原区监测组件10、气体组分分析装置12和多个分隔测试组件均与计算机连接；实验箱体4底部设置有多个滴水孔，气化废水处理装置3为上端开口结构，本实施例中滴水孔的半径不大，足够气化实验的废水滴下即可，气化实验过程产生的废水可能并不是很多，但水中含有有害物质，通过设置气化废水处理装置3模拟处理矿井气化废水的过程。
本实施例中通过引燃组件进行点火使得反应进行，反应开始后氧化区监测组件9与还原区监测组件10分别对氧化区与还原区的温度和气体组分进行有效监测，同时通过连接计算机实现气化反应过程的实时可视化，进而实现对于气化过程温度与反应进程进行有效监测。实验进行中与实验后收集出气导管11输出的气化气体，与气体组分分析装置12连接，能够对开采的煤层气成分进行分析。相邻的两个模拟层之间设置有一个分隔测试组件，能够监测随着反应进行顶板岩层各分层所处位置及状态，从而探究气化开采过程中顶板岩层的运动规律。可见，该装置能够模拟地下煤炭实现地下开采完整过程与地面抽采气体成分分析，为在实现地下实施气化技术之前进行实验室规模研究提供了实验平台。
具体地，实验箱体4包括底板、前挡板、后挡板45、两个卡槽44和两个侧板41，滴水孔设置于底板上，两个侧板41分别固定于底板上部的两端，前挡板包括多个由下至上依次设置有的多个条状挡板42，条状挡板42两端分别通过螺栓43固定于两个侧板41前端，由下至上依次铺设材料时需要每铺一层安装一个条状挡板42，确保材料紧实。如图2和图4所示，后挡板45通过两个卡槽44安装于两个侧板41之间，后挡板45与前挡板之间的距离可调，进而通过调节后挡板45的位置来模拟不同长度的气化开采阶段。具体地，在长度方向上由前挡板一端开始将底板划分为多个开采阶段，通过将后挡板45安装于不同的位置即可模拟不同个数阶段下的气化过程，如第一阶段单阶段、一二阶段两个阶段和一二三阶段三个阶段等。
如需模拟一个阶段的煤气化过程，后挡板45通过卡槽44安装于两个侧板41上，且后挡板45的位置与上述划分的多个开采阶段的第一阶段位置相对应，同时仅需在第一阶段铺设材料，相对应地，巷道模拟导管组件包括一个横管46，横管46设置于第一阶段的模拟煤层16中，横管46上设置有多个进气孔，出气导管11与横管46的一端连接。
如需模拟两个与多个阶段的气化过程，与上述过程基本相同，只需在安装卡槽44与后挡板45时安装到相应的位置，相对应地，巷道模拟导管组件包括至少两个横管46和多个纵管47，横管46上设置有多个进气孔，纵管47用于连通多个横管46，出气导管11与靠近后挡板45的横管46的一端连接。具体地，第一阶段、第二阶段和第三阶段等中分别设置有一个横管46。
氧化区监测装置包括氧化区温度传感器91和氧化区气体传感器92，如图5和图6所示，氧化区温度传感器91设置于横管46中，氧化区气体传感器92设置于后挡板45内壁上；还原区监测装置包括还原区温度传感器和还原区气体传感器，还原区温度传感器设置于横管46中，还原区气体传感器设置于后挡板45内壁上；氧化区温度传感器91、氧化区气体传感器92、还原区温度传感器和还原区气体传感器均与计算机连接。由于气化过程中对于主要对于反应温度十分敏感，通过氧化区温度传感器91和氧化区气体传感器92将氧化区的温度和气体组分传输至计算机，通过还原区温度传感器和还原区气体传感器将还原区的温度和气体组分传输至计算机，实现对氧化区和还原区的有效监测，实现气化反应过程的实时可视化，还能够根据监测的数据变化来控制输入端气体的组分，进而实现对于气化过程的可控性。
如图7所示，引燃组件包括高温导热电阻丝7、导线、绝缘杆6和多个樟脑球8，导线缠绕于绝缘杆6上，绝缘杆6穿过进气导管5插入模拟煤层16中，高温导热电阻丝7与导线下端连接，多个樟脑球8设置于进气导管5下端出口处。打开进气导管5中导线所连接的电源，使高温导热电阻丝7达到一定温度，使得进气导管5下端出口处的樟脑球8实现自燃，进行点火使反应进行。
分隔测试组件包括云母片13和多个应变片14，相邻的两个模拟层之间铺设有一层云母片13，多个应变片14设置于云母片13中，应变片14与计算机连接。具体地，在实验箱体4中按照矿井条件及相似比铺设多个模拟层时布置好相应的测线，测线在实验时体现为在各分层处铺设一层云母片13，并布置好适量数量的测点，测点在实验时为可以对应力(变)和相对位移进行反应和测量的应变片14。设置测线和测点这两个方式能够实现对于顶板破断与上覆岩层移动的监测，监测原理为利用云母片13与铺设材料区别明显的特征可以观察分层处的变化状况，利用应变片14的应力反应和空间变化可以自动监测岩层断裂的时刻、位置与高度，即能够监测随着反应进行顶板岩层各分层所处位置及状态，从而探究顶板岩层的运动规律。
如图3所示，气化废水处理装置3包括上端开口的废水处理箱31，废水处理箱31的两端分别设置有注水通道32和排水通道33，排水通道33上设置有阀门，废水处理箱31的底部由设有注水通道32的一端至设有排水通道33的一端向下倾斜设置，废水处理箱31底部设置有污泥层34，污泥层34中设置有多个曝气器35，污泥层34上方形成反应区。气化废水处理装置3基于含硝化菌或亚硝化菌的活性污泥将煤气化产出废水进行除杂，活性污泥在废水中呈悬浮状态，污泥中的微生物通过代谢能够消耗废水中的有机物，转化为无污染的二氧化碳和水，而对于气化过程产生的氮氧化物硝化菌可与其反应转化为无污染的氮气。水处理过程包括充水、曝气反应、沉淀和排水，具体地，固定于装置上的曝气器35使得废水中的杂质能够充分扩散，同时使得活性污泥在废水中呈现悬浮状态，这两个过程实现加大了污泥与废水中有害元素或杂质的接触，使其能充分反应。沉淀过程中，利用SBR污水处理技术的核心反应池原理，将传统污泥处理工艺的均化池、生物降解、二沉等功能及于一池；同时也符合井下煤气化要求系统简单的基本要求。排水过程中注意上层基本净化完全的水应设置相对固定的排水时间，具体地，定时开启阀门进行排水，排出方式通过设置底部一定倾角利用重力排出方式。
于本具体实施例中，废水处理箱31、底板、前挡板、后挡板45和侧板41均采用透明亚格力材质板。
底座1上部设置有安装槽，安装槽与废水处理箱31底部结构相匹配，底座1靠近排水通道33的一端设置有水槽2，排水通道33设置于水槽2上方，由排水通道33排出的水经过水槽2流出。
具体地工作过程为：(1)固定底座1，并在其上安设气化废水处理装置3；安装固定进气导管5与出气导管11，在进气导管5口附近放置一定数量的樟脑球8，安装模拟煤层16中的巷道模拟导管组件，按照所模拟的阶段数确定后挡板45的设置位置，在两个侧板41上安装卡槽44，并安装后挡板45；
(2)分别安装氧化区监测组件9和还原区监测组件10，具体地，将氧化区温度传感器91设置于横管46中，氧化区气体传感器92设置于后挡板45内壁上，还原区温度传感器设置于横管46中，还原区气体传感器设置于后挡板45内壁上，且分别通过导线与计算机连接；
(3)在实验箱体4中按照矿井条件及相似比铺设模拟材料；在铺设煤岩层的材料时布置好相应的测线，测线在实验时体现为在各分层处铺设一层云母片13，并布置好适量数量的测点，测点在实验时为可以对应力(变)和相对位移进行反应和测量的应变片14；每层铺设完模拟材料后将条状挡板42固定好；静止实验模拟材料72h以上，待实验模拟材料风干成型；
(4)将高温导热电阻丝7与导线连接，导线缠绕与细长绝缘杆6上从进气导管5插入模拟煤层16；打开进气导管5中导线所连接的电源，使高温导热电阻丝7达到一定温度；反应开始进行后，用计算机观察氧化区监测组件9和还原区监测组件10所传输的氧化还原区的反应温度与气体成分数据；
(5)随着反应的进行，往气化废水处理装置3中注水，并定时打开曝气器35，同时定时开启阀门进行排水；
(6)随着反应的进行通过透明的实验箱体4以及测点观察上覆岩层的运动情况及顶板破断规律；
(7)实验进行中与实验后收集运气管道15口输出的气化气体，通过运气管道15与气体组分分析装置12连接，分析生成气的成分；
(8)进行同一矿井其他阶段的相似模拟实验或具有输气井筒和排气井筒相对位置不同井筒的不同矿井，拆卸进气导管5和出气导管11，改变相对位置，重复步骤(1)-步骤(7)即可。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，其特征在于，包括由下至上依次设置的底座、气化废水处理装置和实验台，所述实验台包括实验箱体、进气导管、引燃组件、出气导管、氧化区监测组件、还原区监测组件、气体组分分析装置、巷道模拟导管组件、计算机和多个分隔测试组件，所述实验箱体为上端开口结构，所述实验箱体中用于由下至上依次铺设多个模拟层，相邻的两个所述模拟层之间设置有一个分隔测试组件，最下端的所述模拟层为模拟煤层，所述巷道模拟导管组件用于铺设于所述模拟煤层中；所述进气导管和所述出气导管分别设置于所述实验箱体内部两侧，所述进气导管用于插入所述模拟煤层中，所述引燃组件设置于所述进气导管中，所述出气导管下端与所述巷道模拟导管组件连接，所述出气导管上端由所述实验箱体顶部伸出并与所述气体组分分析装置连接；所述氧化区监测组件和所述还原区监测组件均设置于所述模拟煤层中，所述进气导管、所述氧化区监测组件、所述还原区监测组件和所述出气导管依次设置；所述氧化区监测组件、所述还原区监测组件、所述气体组分分析装置和多个所述分隔测试组件均与所述计算机连接；所述实验箱体底部设置有多个滴水孔，所述气化废水处理装置为上端开口结构；所述实验箱体包括底板、前挡板、后挡板、两个卡槽和两个侧板，所述滴水孔设置于所述底板上，两个所述侧板分别固定于所述底板上部的两端，所述前挡板包括多个由下至上依次设置的条状挡板，所述条状挡板两端分别通过螺栓固定于两个所述侧板前端，所述后挡板通过两个所述卡槽安装于两个所述侧板之间，所述后挡板与所述前挡板之间的距离可调，进而通过调节所述后挡板的位置来模拟不同长度的气化开采阶段；所述巷道模拟导管组件包括一个横管，所述横管上设置有多个进气孔，所述出气导管与所述横管的一端连接，或者所述巷道模拟导管组件包括至少两个横管和多个纵管，所述横管上设置有多个进气孔，所述纵管用于连通多个所述横管，所述出气导管与靠近所述后挡板的所述横管的一端连接；所述氧化区监测组件包括氧化区温度传感器和氧化区气体传感器，所述氧化区温度传感器设置于所述横管中，所述氧化区气体传感器设置于所述后挡板内壁上；所述还原区监测组件包括还原区温度传感器和还原区气体传感器，所述还原区温度传感器设置于所述横管中，所述还原区气体传感器设置于所述后挡板内壁上；所述氧化区温度传感器、所述氧化区气体传感器、所述还原区温度传感器和所述还原区气体传感器均与所述计算机连接。
2.根据权利要求1所述的模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，其特征在于，所述引燃组件包括高温导热电阻丝、导线、绝缘杆和多个樟脑球，所述导线缠绕于所述绝缘杆上，所述绝缘杆穿过所述进气导管插入所述模拟煤层中，所述高温导热电阻丝与所述导线下端连接，多个所述樟脑球设置于所述进气导管下端出口处。
3.根据权利要求1所述的模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，其特征在于，所述分隔测试组件包括云母片和多个应变片，相邻的两个所述模拟层之间铺设有一层所述云母片，多个所述应变片设置于所述云母片中，所述应变片与所述计算机连接。
4.根据权利要求1所述的模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，其特征在于，所述气化废水处理装置包括上端开口的废水处理箱，所述废水处理箱的两端分别设置有注水通道和排水通道，所述排水通道上设置有阀门，所述废水处理箱的底部由设有注水通道的一端至设有排水通道的一端向下倾斜设置，所述废水处理箱底部设置有污泥层，所述污泥层中设置有多个曝气器，所述污泥层上方形成反应区。
5.根据权利要求4所述的模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置，其特征在于，所述底座上部设置有安装槽，所述安装槽与所述废水处理箱底部结构相匹配，所述底座靠近所述排水通道的一端设置有水槽，所述排水通道设置于所述水槽上方。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011054568.3A CN112147269B (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011054568.3A CN112147269B (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112147269A CN112147269A (zh) | 2020-12-29 |
| CN112147269B true CN112147269B (zh) | 2021-08-31 |
Family
ID=73895163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011054568.3A Active CN112147269B (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112147269B (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104653166A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-27 | 新奥气化采煤有限公司 | 煤炭地下气化过程中汇水量控制方法及煤炭地下气化方法 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1467986A1 (ru) * | 1987-01-21 | 1995-11-27 | Московский Горный Институт | Способ подземной газификации угольных пластов |
| WO2001081240A2 (en) * | 2000-04-24 | 2001-11-01 | Shell Internationale Research Maatschappij B.V. | In-situ heating of coal formation to produce fluid |
| CN102557328B (zh) * | 2010-12-10 | 2015-03-18 | 新奥科技发展有限公司 | 煤气化废水的处理方法 |
| CN102261972B (zh) * | 2011-04-19 | 2013-05-01 | 中国矿业大学(北京) | 煤矿综采支架与围岩关系实验平台 |
| CN102619499B (zh) * | 2012-03-30 | 2015-08-19 | 新奥气化采煤有限公司 | 监测煤炭地下气化温度带分布的方法 |
| CN103253835B (zh) * | 2013-06-05 | 2014-07-09 | 兖矿集团有限公司 | 一种煤气化废水处理装置及其处理方法 |
| CN103288311B (zh) * | 2013-07-01 | 2015-02-04 | 大唐国际化工技术研究院有限公司 | 一种碎煤加压气化废水资源化处理方法及处理系统和应用 |
| CN203570294U (zh) * | 2013-07-17 | 2014-04-30 | 中国矿业大学(北京) | 一种煤炭地下气化模型试验台 |
| CN104122289B (zh) * | 2013-07-17 | 2016-04-27 | 中国矿业大学(北京) | 一种煤炭地下气化模型试验台及试验方法 |
| CN104018820B (zh) * | 2014-06-16 | 2017-01-04 | 北京中矿科能煤炭地下气化技术研究中心 | 一种煤炭地下气化工艺系统 |
| CN204175276U (zh) * | 2014-10-29 | 2015-02-25 | 河南理工大学 | 一种煤炭地下气化模拟实验装置 |
| CN204536123U (zh) * | 2015-01-30 | 2015-08-05 | 河北煤炭科学研究院 | 固体充填法采煤二维物理模拟实验装置 |
| CN204848562U (zh) * | 2015-05-27 | 2015-12-09 | 新奥气化采煤有限公司 | 一种煤气化废水处理系统 |
| CN205333110U (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-22 | 山东科技大学 | 一种顶板岩层移动在线监测装置 |
| CN105784967B (zh) * | 2016-03-07 | 2017-07-21 | 太原理工大学 | 一种用于煤矿相似模拟实验的应力位移连续测量方法 |
| CN107152267B (zh) * | 2017-06-26 | 2019-05-14 | 山东科技大学 | 一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法 |
| CN207133283U (zh) * | 2017-07-18 | 2018-03-23 | 贵州理工学院 | 一种保水充填开采模拟试验装置 |
| CN207568580U (zh) * | 2017-08-11 | 2018-07-03 | 新疆国利衡清洁能源科技有限公司 | 煤炭地下气化炉 |
| CN207215815U (zh) * | 2017-09-06 | 2018-04-10 | 山西工程技术学院 | 一种松散层移动角的相似模拟实验架 |
| CN110006757B (zh) * | 2019-04-08 | 2019-10-29 | 山东科技大学 | 煤系断层形成模拟试验装置及正、逆断层模拟试验方法 |
-
2020
- 2020-09-30 CN CN202011054568.3A patent/CN112147269B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104653166A (zh) * | 2014-12-24 | 2015-05-27 | 新奥气化采煤有限公司 | 煤炭地下气化过程中汇水量控制方法及煤炭地下气化方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112147269A (zh) | 2020-12-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1079888C (zh) | 监视井中地层构造特性的方法和系统 | |
| CN103114827B (zh) | 多场耦合煤层气抽采模拟试验方法 | |
| CN107152267A (zh) | 一种模拟煤炭原位地下气化的试验装置及方法 | |
| CN102520131A (zh) | 基于多层含水层地下水流系统的地下水污染模拟仪 | |
| CN103335989B (zh) | 一种模拟岩溶地下河污染物迁移与归宿的方法 | |
| CN103452541A (zh) | 边底水稠油油藏蒸汽驱二维比例物理模拟装置及其使用方法 | |
| CN105807012A (zh) | 一种模拟断层突水突泥的试验装置和方法 | |
| CN112147269B (zh) | 一种模拟地下煤层气化过程的实验室相似模拟装置 | |
| CN102590070A (zh) | 耐压多层空腔溶蚀试验装置及其试验方法 | |
| CN112710805A (zh) | 一种测试矿井水可视化渗流及净化特性的实验系统 | |
| CN103452540A (zh) | 边水稠油油藏蒸汽驱二维比例物理模拟装置及其使用方法 | |
| CN114383952A (zh) | 一种多场耦合的岩体劣化模拟试验系统及试验方法 | |
| CN113445975A (zh) | 一种装置与应用及煤炭地下气化试验系统与方法 | |
| CN205580937U (zh) | 一种模拟降雨径流作用下土-水界面重金属迁移的装置 | |
| CN204925106U (zh) | 一种碳酸盐岩储层溶蚀过程模拟试验装置 | |
| CN103485753A (zh) | 底水稠油油藏蒸汽驱二维比例物理模拟装置及其使用方法 | |
| CN111350482B (zh) | 一种微生物修复储层胍胶压裂伤害的实验装置及其方法 | |
| CN210071422U (zh) | 一种地下水多层无扰动监测系统 | |
| CN108519476B (zh) | 喀斯特基岩裂隙水土漏失过程的模拟方法及装置 | |
| CN201291132Y (zh) | 有机质生烃模拟装置 | |
| CN207894796U (zh) | 锚杆或锚索抗腐蚀性试验装置 | |
| CN114152507B (zh) | 一种煤矿地下水库监测模拟试验装置 | |
| CN113203844B (zh) | 一种水源热泵回灌过程化学堵塞验证试验装置 | |
| CN210509218U (zh) | 一种双壁小导管注浆装置 | |
| CN102541097A (zh) | 一种无外加动力原位自动控制沼泽湿地水位的装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Yang Shengli Inventor after: Li Ming Inventor after: Xu Jinmeng Inventor after: Liu Chuanyi Inventor after: Liu Yao Inventor before: Wang Jiachen Inventor before: Yang Shengli Inventor before: Li Lianghui Inventor before: Zhang Jinwang Inventor before: Yue Hao |
|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |