CN113155669B - 一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置 - Google Patents

Abstract

一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，包括底板、供气加压装置、圆筒框型支架和变径圆筒加压装置，供气加压装置固定安装在底板的上表面左侧部，圆筒框型支架固定安装在底板的上表面且位于供气加压装置的右侧，变径圆筒加压装置安装在圆筒框型支架内中部，圆筒框型支架的左侧和右侧均固定安装有变径密封装置，底板的上表面右侧部固定安装有真空抽气装置，供气加压装置的供气端安装在左侧的变径密封装置的右端，真空抽气装置的抽气端安装在右侧的变径密封装置的左端，圆筒框型支架的底部左侧部安装有样品支撑装置。本发明适应不同尺寸的煤岩样品，能够模拟地下煤层所受的地层压力和地层温度，确保测得的数据准确。

Description

一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置

技术领域

本发明涉及煤层气含量测定领域，具体的说，涉及一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置。

背景技术

煤层气是蕴藏在煤层中可供开采的天然气资源，我国的煤层气可开采储量大。煤层气指赋存于煤层中，以吸附和游离状态为主要存在方式的非常规天然气，成分以甲烷为主，是一种清洁、高效的能源资源和化工原料，主要用于居民燃气、城市供热、发电、汽车燃料和化工生产等，用途广泛。煤储层含气量是煤层气资源潜力调查评价和优选出有利目标区的关键参数，对确定煤层气是否有开采价值、资源储量预测具有重要意义。比较常用的煤储层含气量测定方法是解吸法。解吸气量测量装置主要由解吸罐、集气量筒和恒温设备三部分组成，通过计算解吸气量换算含气量，但是解吸时间长，自然解吸需要45天以上，快速解吸法也需要8-24小时，且不能模拟煤储层在地下所承受不同地层压力与不同温度时的含气量。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，本发明适应不同尺寸的煤岩样品，能够模拟地下煤层所受的地层压力和地层温度，确保测得的数据准确。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，包括底板、供气加压装置、圆筒框型支架和变径圆筒加压装置，供气加压装置固定安装在底板的上表面左侧部，圆筒框型支架固定安装在底板的上表面且位于供气加压装置的右侧，变径圆筒加压装置安装在圆筒框型支架内中部，圆筒框型支架的左侧和右侧均固定安装有变径密封装置，两个变径密封装置的结构相同且左右对称设置在变径圆筒加压装置的左侧和右侧，底板的上表面右侧部固定安装有真空抽气装置，供气加压装置的供气端安装在左侧的变径密封装置的右端，真空抽气装置的抽气端安装在右侧的变径密封装置的左端，圆筒框型支架的底部左侧部安装有位于变径圆筒加压装置左侧下方的样品支撑装置。

供气加压装置包括储气罐和加压罐，加压罐的顶板上固定安装有进气管接头、出气管接头和气压表，储气罐的出气端和进气管接头通过供气管连接，储气罐的出气端安装有供气阀，出气管接头的出气端固定连接有注气管，注气管的出气端固定连接有输气软管，注气管上固定安装有第一球阀，进气管接头中设置有控制气体自上而下向加压罐内部流动的第一单向阀，出气管接头中设置有控制气体自下而上从加压罐内部向外流动的第二单向阀，加压罐的底部敞口，加压罐的下端边沿一体成型有若干块圆周阵列设置的竖直圆弧支板，各块竖直圆弧支板的下侧边固定连接有水平圆形支板，水平圆形支板固定连接在底板的上表面，加压罐内同中心滑动设置有加压活塞，加压活塞的外圆周与加压罐的内圆周滑动密封接触，加压活塞的下表面和水平圆形支板的上表面之间固定连接有两个左右并排设置的第一液压油缸，加压罐的前侧壁设置有观察窗，观察窗上设置有刻度尺。

圆筒框型支架包括两块竖直圆形支板，两块竖直圆形支板沿前后方向竖向设置且左右并排设置，左侧的竖直圆形支板固定连接在底板的上表面左侧部且位于加压罐的右侧，右侧的竖直圆形支板固定连接在底板的上表面右侧边沿中部，两块竖直圆形支板之间固定连接有若干块圆周阵列设置的第一圆弧长板，各块第一圆弧长板的中部之间固定连接有与竖直圆形支板平行且左右对应的竖直圆环支板。

变径圆筒加压装置包括若干块第二圆弧长板，各块第二圆弧长板均沿左右方向水平设置，各块第二圆弧长板圆周阵列设置在各块第一圆弧长板的中间且合围成变径加压圆筒，变径加压圆筒内中部设置有圆弧形弹性片，圆弧形弹性片的外圆周面与各块第二圆弧长板的内圆弧面紧压接触，竖直圆环支板和右侧的竖直圆形支板之间圆周阵列固定连接有若干组驱动相应各块第二圆弧长板左右水平移动的左右横移机构，竖直圆环支板的左侧面上部固定安装有位于变径加压圆筒右侧部上方的第一减速电机，竖直圆环支板的左侧面下部固定连接有一块沿左右方向水平设置且位于第二圆弧长板的水平长支板，水平长支板的上表面中部左侧固定安装有位于变径加压圆筒左侧部下方的第二减速电机，第一减速电机和第二减速电机的动力轴均沿前后方向水平设置，第一减速电机和第二减速电机的动力轴前端均固定安装有卷盘，变径加压圆筒的外圆周上沿左右方向螺旋缠绕有绳索，绳索的左端固定卷绕在左下侧的卷盘上，绳索的右端固定卷绕在右上侧的卷盘上，每块第二圆弧长板的内部沿长度方向均固定设置有若干根温控棒。

位于上侧的一组左右横移机构包括丝杠减速电机、水平丝杠、导向光杠、螺母副、T型板滑座和两个第二液压油缸，丝杠减速电机固定安装在右侧的竖直圆形支板的左侧面上部，水平丝杠和导向光杠均沿左右方向水平设置，水平丝杠设置在导向光杠的正下方，导向光杠的左端固定连接在竖直圆环支板的右侧面上部，导向光杠的右端固定连接在右侧的竖直圆形支板的左侧面上部，丝杠减速电机的动力轴左端同轴传动连接水平丝杠的右端，螺母副套装螺纹连接在水平丝杠上，T型板滑座由竖直板和水平板组成，竖直板沿前后方向竖向设置，竖直板的下侧边固定连接在水平板的上表面中部，螺母副固定安装在水平板上，水平丝杠和导向光杠均穿过水平板，导向光杠与水平板之间滑动连接，两个第二液压油缸均沿竖向设置且左右并排设置，两个第二液压油缸的缸体顶部均铰接在水平板的下表面，两个第二液压油缸的缸体顶部铰接轴均沿左右方向水平设置，两个第二液压油缸的活塞杆向下伸出，两个第二液压油缸的活塞杆下端通过球铰链铰接在相应上侧的第二圆弧长板的上表面右侧部。

左侧的变径密封装置包括第三液压油缸、推板、挤压板和弹性橡胶圈，第三液压油缸沿左右方向水平设置在变径加压圆筒的左侧且与变径加压圆筒左右正对应，推板和挤压板左右并排设置且所在平面均沿前后方向水平设置，挤压板位于推板的右侧，弹性橡胶圈设置在推板和挤压板之间，弹性橡胶圈的左侧面固定粘接在推板的右侧面外边缘，弹性橡胶圈的右侧面固定粘接在挤压板的左侧面外边缘，第三液压油缸的缸体左端固定安装在左侧的竖直圆形支板的右侧面中部，第三液压油缸的活塞杆向右伸出，第三液压油缸的活塞杆右端与推板的左侧面中部固定连接，推板上开设有两个左右通透且关于推板中心前后对称的第一通孔，推板的左侧面固定连接有两个前后对称设置的U型梁，U型梁前侧、后侧和右侧均敞口，两个U型梁分别与两个第一通孔左右对应， 每个U型梁的左侧板和挤压板之间均固定安装有第四液压油缸，两个第四液压油缸前后对称设置，前侧的第四液压油缸贯穿前侧的第一通孔和弹性橡胶圈的中心孔，后侧的第四液压油缸贯穿后侧的第一通孔和弹性橡胶圈的中心孔，推板上开设有左右通透且位于推板中心下方的第二通孔，挤压板上固定安装有沿左右方向水平设置的输气管接头，输气管接头的左端向左穿过第二通孔，第三液压油缸上安装有油压计。

左侧的竖直圆形支板的下侧部开设有左右通透的第三通孔，输气软管的出气端向右穿过第三通孔并与左侧的输气管接头的左端固定连接。

真空抽气装置包括真空泵，真空泵固定安装在底板的上表面右侧部，真空泵的抽气端与右侧的输气管接头的右端通过抽气管连接，抽气管上安装有第二球阀。

样品支撑装置包括第五液压油缸和圆弧托料板，第五液压油缸竖向设置，第五液压油缸的缸体底部固定安装在水平长直板的上表面左侧部且位于推板的正下方，圆弧托料板沿左右方向水平设置且敞口侧朝上设置，圆弧托料板的下侧面中部固定连接在第五液压油缸的活塞杆上端。

各块第二圆弧长板的两侧直边均固定设置有密封橡胶条，相邻两块第二圆弧长板的相邻侧密封橡胶条紧压接触。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明的工作原理为：首先将需要测试的煤岩样品预先线切割成若干段，煤岩样品为圆柱状结构，然后根据煤岩样品的直径调整变径加压圆筒的内径，具体是测量煤岩样品的直径，并用煤岩样品的直径除以一块第二圆弧长板的内圆弧面弧长，计算得到所需第二圆弧长板的数量，将多余的若干块第二圆弧长板从组成初始的变径加压圆筒结构中去除：操作相应的两个第二液压油缸的活塞杆同步收缩将需要去除的一块第二圆弧长板向外提出，使该块第二圆弧长板与其余各块第二圆弧长板分离，然后再操作相应的丝杠减速电机驱动相应的水平丝杠转动，从而驱使相应的螺母副带动T型板滑座向右移动，进而使该块第二圆弧长板向右移动至最右侧，使该块第二圆弧长板从初始的变径加压圆筒结构中完全移出；然后操作其余的各个第二液压油缸的活塞杆同步伸出，同时启动第一减速电机和第二减速电机，两个卷盘同步收卷绳索，绳索拉紧将其余各块第二圆弧长板收紧，圆弧形弹性片受挤压产生形变并慢慢弯曲合拢，直至其余各块第二圆弧长板合拢成新的变径加压圆筒，使相邻两块第二圆弧长板的相邻侧密封橡胶条接触微微变形即可，将第一减速电机和第二减速电机停止收卷绳索，然后，将操作右侧的变径密封装置，使右侧的两个第四液压油缸的活塞杆同步向左伸出，将右侧的挤压板向左移动，则右侧的挤压板与右侧的推板之间距离增大，右侧的挤压板拉动右侧的弹性橡胶圈左侧面向左张开，则右侧的弹性橡胶圈不受挤压且被拉伸，右侧的弹性橡胶圈外径变小，再操作右侧的第三液压油缸的活塞杆向左伸出，右侧的第三液压油缸的活塞杆带动右侧的推板向左伸入到变径加压圆筒的右侧内部，再将右侧的两个第四液压油缸的活塞杆同步向右收缩，将右侧的挤压板向右移动，使右侧的挤压板向右挤压右侧的弹性橡胶圈，右侧的弹性橡胶圈受压外径增大并与变径加压圆筒的右侧部内圆周紧密接触，从而将变径加压圆筒的右侧密封，然后操作第五液压油缸的活塞杆向上伸出或向下收缩，带动圆弧托料板上移或下移，使圆弧托料板与变径加压圆筒的左侧下部对齐，再将第一段煤岩样品放置在圆弧托料板上，操作左侧的第三液压油缸的活塞杆向右伸出将第一段煤岩样品从变径加压圆筒的左侧顶入到变径加压圆筒内部，然后第三液压油缸的活塞杆向左收缩至初始位置，再将第二段煤岩样品放置在圆弧托料板上，再操作左侧的第三液压油缸的活塞杆向右伸出将第二段煤岩样品从变径加压圆筒的左侧顶入到变径加压圆筒内部，如此重复将所有的煤岩样品一个个顶入到变径加压圆筒内部，最右侧一段的煤岩样品的右侧面与右侧的挤压板的左侧面接触，然后左侧的第三液压油缸的活塞杆带动左侧的推板向右伸入到变径加压圆筒的左侧内部，再将左侧的两个第四液压油缸的活塞杆同步向左收缩，将左侧的挤压板向左移动，使左侧的挤压板向左挤压左侧的弹性橡胶圈，左侧的弹性橡胶圈受压外径增大并与变径加压圆筒的左侧部内圆周紧密接触，从而将变径加压圆筒的左侧密封，最左侧的煤岩样品的左侧面与左侧的挤压板的右侧面接触，打开第二球阀，第一球阀处于关闭状态，启动真空泵，将变径加压圆筒内部抽真空，然后关闭第二球阀，打开供气阀，储气罐中的气体通过供气管和进气管接头并流经第一单向阀充入到加压罐中，根据观察窗上的刻度尺得到加压活塞的位置，从而得到加压罐的内部体积，再通过气压表得到每次向加压罐中充入气体后的压力，便得到每次向加压罐中充入气体的体积，然后打开第一球阀，加压罐中的气体流经第二单向阀并通过出气管接头、注气管、输气软管和右侧的输气管接头进入到变径加压圆筒中，直至气体自然注满变径加压圆筒的内部，根据压力表计算得到此时注入到变径加压圆筒中的气体体积V1，然后操作左侧的第三液压油缸的活塞杆和右侧的第三液压油缸的活塞杆同步伸出，使左侧的挤压板向右挤压最左侧的煤岩样品，右侧的挤压板向左挤压最右侧的煤岩样品，同时再启动第一减速电机和第二减速电机，两个卷盘同步收卷绳索，绳索继续拉紧将各块第二圆弧长板继续收紧，同时启动各根温控棒对变径加压圆筒内部进行温控，模拟地下煤岩所受的地层压力和地层温度，使煤岩样品测试环境更加接近真实环境，保证测得数据结果更准确，此时记录两个油压机的参数，并根据第三液压油缸的内径计算得到第三液压油缸的活塞杆推力，记录第一减速电机和第二减速电机的扭矩，计算得到绳索对变径加压圆筒四周的束缚力，储气罐中气体持续注入到加压罐中，启动两个第一液压油缸，两个第一液压油缸的活塞杆同步向上伸出将加压活塞向上顶起，向变径加压圆筒内部加压注气，计算并记录每次注气的体积，同时观察气压表直至加注到实验需要的气体压力后终止，将每次加压注气的气体体积相加得到总的加压注气体积V2，最后将V1与V2相加，得到总气量V3，V3即为当前条件下煤岩样品的最大含气量。

本发明的优点具体为：

1、本发明可以根据需要测试的煤岩样品直径随时调整变径加压圆筒的内径，对煤岩样品的尺寸兼容性更多。

2、本发明可以模拟地层压力对煤岩样品的四周进行加压，还可以对煤岩样品的四周进行温度控制，使得测试环境更加接近真实环境，保证测得数据结果更准确。

3、本发明采用绳索对变径加压圆筒的四周进行收紧加压，进而对煤岩样品四周进行加压，加压更加均匀，不需要过多的液压机构，节省成本。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的加压罐的结构示意图。

图3是本发明的加压罐的剖视图。

图4是本发明的变径密封装置的结构示意图。

图5是本发明的变径密封装置中去掉第三液压油缸缸体后的结构爆炸图。

图6是本发明的变径圆筒加压装置的结构示意图。

图7是本发明的其中一块第二圆弧长板和相应一组左右横移机构的部分结构示意图。

图8是图1中A处局部放大图。

图9是图6中B处局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-图9所示，一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，包括底板1、供气加压装置、圆筒框型支架和变径圆筒加压装置，供气加压装置固定安装在底板1的上表面左侧部，圆筒框型支架固定安装在底板1的上表面且位于供气加压装置的右侧，变径圆筒加压装置安装在圆筒框型支架内中部，圆筒框型支架的左侧和右侧均固定安装有变径密封装置，两个变径密封装置的结构相同且左右对称设置在变径圆筒加压装置的左侧和右侧，底板1的上表面右侧部固定安装有真空抽气装置，供气加压装置的供气端安装在左侧的变径密封装置的右端，真空抽气装置的抽气端安装在右侧的变径密封装置的左端，圆筒框型支架的底部左侧部安装有位于变径圆筒加压装置左侧下方的样品支撑装置。

供气加压装置包括储气罐2和加压罐3，加压罐3的顶板上固定安装有进气管接头4、出气管接头5和气压表6，储气罐2的出气端和进气管接头4通过供气管7连接，储气罐2的出气端安装有供气阀，出气管接头5的出气端固定连接有注气管8，注气管8的出气端固定连接有输气软管9，注气管8上固定安装有第一球阀10，进气管接头4中设置有控制气体自上而下向加压罐3内部流动的第一单向阀11，出气管接头5中设置有控制气体自下而上从加压罐3内部向外流动的第二单向阀12，加压罐3的底部敞口，加压罐3的下端边沿一体成型有若干块圆周阵列设置的竖直圆弧支板13，各块竖直圆弧支板13的下侧边固定连接有水平圆形支板14，水平圆形支板14固定连接在底板1的上表面，加压罐3内同中心滑动设置有加压活塞15，加压活塞15的外圆周与加压罐3的内圆周滑动密封接触，加压活塞15的下表面和水平圆形支板14的上表面之间固定连接有两个左右并排设置的第一液压油缸16，加压罐3的前侧壁设置有观察窗17，观察窗17上设置有刻度尺18。

圆筒框型支架包括两块竖直圆形支板19，两块竖直圆形支板19沿前后方向竖向设置且左右并排设置，左侧的竖直圆形支板19固定连接在底板1的上表面左侧部且位于加压罐3的右侧，右侧的竖直圆形支板19固定连接在底板1的上表面右侧边沿中部，两块竖直圆形支板19之间固定连接有若干块圆周阵列设置的第一圆弧长板20，各块第一圆弧长板20的中部之间固定连接有与竖直圆形支板19平行且左右对应的竖直圆环支板21。

变径圆筒加压装置包括若干块第二圆弧长板22，各块第二圆弧长板22均沿左右方向水平设置，各块第二圆弧长板22圆周阵列设置在各块第一圆弧长板20的中间且合围成变径加压圆筒，变径加压圆筒内中部设置有圆弧形弹性片23，圆弧形弹性片23的外圆周面与各块第二圆弧长板22的内圆弧面紧压接触，竖直圆环支板21和右侧的竖直圆形支板19之间圆周阵列固定连接有若干组驱动相应各块第二圆弧长板22左右水平移动的左右横移机构，竖直圆环支板21的左侧面上部固定安装有位于变径加压圆筒右侧部上方的第一减速电机24，竖直圆环支板21的左侧面下部固定连接有一块沿左右方向水平设置且位于第二圆弧长板22的水平长支板25，水平长支板25的上表面中部左侧固定安装有位于变径加压圆筒左侧部下方的第二减速电机26，第一减速电机24和第二减速电机26的动力轴均沿前后方向水平设置，第一减速电机24和第二减速电机26的动力轴前端均固定安装有卷盘27，变径加压圆筒的外圆周上沿左右方向螺旋缠绕有绳索28，绳索28的左端固定卷绕在左下侧的卷盘27上，绳索28的右端固定卷绕在右上侧的卷盘27上，每块第二圆弧长板22的内部沿长度方向均固定设置有若干根温控棒29。

位于上侧的一组左右横移机构包括丝杠减速电机30、水平丝杠31、导向光杠32、螺母副33、T型板滑座34和两个第二液压油缸35，丝杠减速电机30固定安装在右侧的竖直圆形支板19的左侧面上部，水平丝杠31和导向光杠32均沿左右方向水平设置，水平丝杠31设置在导向光杠32的正下方，导向光杠32的左端固定连接在竖直圆环支板21的右侧面上部，导向光杠32的右端固定连接在右侧的竖直圆形支板19的左侧面上部，丝杠减速电机30的动力轴左端同轴传动连接水平丝杠31的右端，螺母副33套装螺纹连接在水平丝杠31上，T型板滑座34由竖直板和水平板组成，竖直板沿前后方向竖向设置，竖直板的下侧边固定连接在水平板的上表面中部，螺母副33固定安装在水平板上，水平丝杠31和导向光杠32均穿过水平板，导向光杠32与水平板之间滑动连接，两个第二液压油缸35均沿竖向设置且左右并排设置，两个第二液压油缸35的缸体顶部均铰接在水平板的下表面，两个第二液压油缸35的缸体顶部铰接轴均沿左右方向水平设置，两个第二液压油缸35的活塞杆向下伸出，两个第二液压油缸35的活塞杆下端通过球铰链36铰接在相应上侧的第二圆弧长板22的上表面右侧部。

左侧的变径密封装置包括第三液压油缸37、推板38、挤压板39和弹性橡胶圈40，第三液压油缸37沿左右方向水平设置在变径加压圆筒的左侧且与变径加压圆筒左右正对应，推板38和挤压板39左右并排设置且所在平面均沿前后方向水平设置，挤压板39位于推板38的右侧，弹性橡胶圈40设置在推板38和挤压板39之间，弹性橡胶圈40的左侧面固定粘接在推板38的右侧面外边缘，弹性橡胶圈40的右侧面固定粘接在挤压板39的左侧面外边缘，第三液压油缸37的缸体左端固定安装在左侧的竖直圆形支板19的右侧面中部，第三液压油缸37的活塞杆向右伸出，第三液压油缸37的活塞杆右端与推板38的左侧面中部固定连接，推板38上开设有两个左右通透且关于推板38中心前后对称的第一通孔41，推板38的左侧面固定连接有两个前后对称设置的U型梁42，U型梁42前侧、后侧和右侧均敞口，两个U型梁42分别与两个第一通孔41左右对应， 每个U型梁42的左侧板和挤压板39之间均固定安装有第四液压油缸43，两个第四液压油缸43前后对称设置，前侧的第四液压油缸43贯穿前侧的第一通孔41和弹性橡胶圈40的中心孔，后侧的第四液压油缸43贯穿后侧的第一通孔41和弹性橡胶圈40的中心孔，推板38上开设有左右通透且位于推板38中心下方的第二通孔44，挤压板39上固定安装有沿左右方向水平设置的输气管接头45，输气管接头45的左端向左穿过第二通孔44，第三液压油缸37上安装有油压计46。

左侧的竖直圆形支板19的下侧部开设有左右通透的第三通孔47，输气软管9的出气端向右穿过第三通孔47并与左侧的输气管接头45的左端固定连接。

真空抽气装置包括真空泵48，真空泵48固定安装在底板1的上表面右侧部，真空泵48的抽气端与右侧的输气管接头45的右端通过抽气管49连接，抽气管49上安装有第二球阀50。

样品支撑装置包括第五液压油缸51和圆弧托料板52，第五液压油缸51竖向设置，第五液压油缸51的缸体底部固定安装在水平长直板的上表面左侧部且位于推板38的正下方，圆弧托料板52沿左右方向水平设置且敞口侧朝上设置，圆弧托料板52的下侧面中部固定连接在第五液压油缸51的活塞杆上端。

各块第二圆弧长板22的两侧直边均固定设置有密封橡胶条53，相邻两块第二圆弧长板22的相邻侧密封橡胶条53紧压接触。

本发明的工作原理为：首先将需要测试的煤岩样品预先线切割成若干段，煤岩样品为圆柱状结构，然后根据煤岩样品的直径调整变径加压圆筒的内径，具体是测量煤岩样品的直径，并用煤岩样品的直径除以一块第二圆弧长板22的内圆弧面弧长，计算得到所需第二圆弧长板22的数量，将多余的若干块第二圆弧长板22从组成初始的变径加压圆筒结构中去除：操作相应的两个第二液压油缸35的活塞杆同步收缩将需要去除的一块第二圆弧长板22向外提出，使该块第二圆弧长板22与其余各块第二圆弧长板22分离，然后再操作相应的丝杠减速电机30驱动相应的水平丝杠31转动，从而驱使相应的螺母副33带动T型板滑座34向右移动，进而使该块第二圆弧长板22向右移动至最右侧，使该块第二圆弧长板22从初始的变径加压圆筒结构中完全移出；然后操作其余的各个第二液压油缸35的活塞杆同步伸出，同时启动第一减速电机24和第二减速电机26，两个卷盘27同步收卷绳索28，绳索28拉紧将其余各块第二圆弧长板22收紧，圆弧形弹性片23受挤压产生形变并慢慢弯曲合拢，直至其余各块第二圆弧长板22合拢成新的变径加压圆筒，使相邻两块第二圆弧长板22的相邻侧密封橡胶条53接触微微变形即可，将第一减速电机24和第二减速电机26停止收卷绳索28，然后，将操作右侧的变径密封装置，使右侧的两个第四液压油缸43的活塞杆同步向左伸出，将右侧的挤压板39向左移动，则右侧的挤压板39与右侧的推板38之间距离增大，右侧的挤压板39拉动右侧的弹性橡胶圈40左侧面向左张开，则右侧的弹性橡胶圈40不受挤压且被拉伸，右侧的弹性橡胶圈40外径变小，再操作右侧的第三液压油缸37的活塞杆向左伸出，右侧的第三液压油缸37的活塞杆带动右侧的推板38向左伸入到变径加压圆筒的右侧内部，再将右侧的两个第四液压油缸43的活塞杆同步向右收缩，将右侧的挤压板39向右移动，使右侧的挤压板39向右挤压右侧的弹性橡胶圈40，右侧的弹性橡胶圈40受压外径增大并与变径加压圆筒的右侧部内圆周紧密接触，从而将变径加压圆筒的右侧密封，然后操作第五液压油缸51的活塞杆向上伸出或向下收缩，带动圆弧托料板52上移或下移，使圆弧托料板52与变径加压圆筒的左侧下部对齐，再将第一段煤岩样品放置在圆弧托料板52上，操作左侧的第三液压油缸37的活塞杆向右伸出将第一段煤岩样品从变径加压圆筒的左侧顶入到变径加压圆筒内部，然后第三液压油缸37的活塞杆向左收缩至初始位置，再将第二段煤岩样品放置在圆弧托料板52上，再操作左侧的第三液压油缸37的活塞杆向右伸出将第二段煤岩样品从变径加压圆筒的左侧顶入到变径加压圆筒内部，如此重复将所有的煤岩样品一个个顶入到变径加压圆筒内部，最右侧一段的煤岩样品的右侧面与右侧的挤压板39的左侧面接触，然后左侧的第三液压油缸37的活塞杆带动左侧的推板38向右伸入到变径加压圆筒的左侧内部，再将左侧的两个第四液压油缸43的活塞杆同步向左收缩，将左侧的挤压板39向左移动，使左侧的挤压板39向左挤压左侧的弹性橡胶圈40，左侧的弹性橡胶圈40受压外径增大并与变径加压圆筒的左侧部内圆周紧密接触，从而将变径加压圆筒的左侧密封，最左侧的煤岩样品的左侧面与左侧的挤压板39的右侧面接触，打开第二球阀50，第一球阀10处于关闭状态，启动真空泵48，将变径加压圆筒内部抽真空，然后关闭第二球阀50，打开供气阀，储气罐2中的气体通过供气管7和进气管接头4并流经第一单向阀11充入到加压罐3中，根据观察窗17上的刻度尺18得到加压活塞15的位置，从而得到加压罐3的内部体积，再通过气压表6得到每次向加压罐3中充入气体后的压力，便得到每次向加压罐3中充入气体的体积，然后打开第一球阀10，加压罐3中的气体流经第二单向阀12并通过出气管接头5、注气管8、输气软管9和右侧的输气管接头45进入到变径加压圆筒中，直至气体自然注满变径加压圆筒的内部，根据压力表计算得到此时注入到变径加压圆筒中的气体体积V1，然后操作左侧的第三液压油缸37的活塞杆和右侧的第三液压油缸37的活塞杆同步伸出，使左侧的挤压板39向右挤压最左侧的煤岩样品，右侧的挤压板39向左挤压最右侧的煤岩样品，同时再启动第一减速电机24和第二减速电机26，两个卷盘27同步收卷绳索28，绳索28继续拉紧将各块第二圆弧长板22继续收紧，同时启动各根温控棒29对变径加压圆筒内部进行温控，模拟地下煤层所受的地层压力和地层温度，使煤岩样品测试环境更加接近真实环境，保证测得数据结果更准确，此时记录两个油压机的参数，并根据第三液压油缸37的内径计算得到第三液压油缸37的活塞杆推力，记录第一减速电机24和第二减速电机26的扭矩，计算得到绳索28对变径加压圆筒四周的束缚力，储气罐2中气体持续注入到加压罐3中，启动两个第一液压油缸16，两个第一液压油缸16的活塞杆同步向上伸出将加压活塞15向上顶起，向变径加压圆筒内部加压注气，计算并记录每次注气的体积，同时观察气压表6直至加注到实验需要的气体压力后终止，将每次加压注气的气体体积相加得到总的加压注气体积V2，最后将V1与V2相加，得到总气量V3，V3即为当前条件下煤岩样品的最大含气量。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，其特征在于：包括底板、供气加压装置、圆筒框型支架和变径圆筒加压装置，供气加压装置固定安装在底板的上表面左侧部，圆筒框型支架固定安装在底板的上表面且位于供气加压装置的右侧，变径圆筒加压装置安装在圆筒框型支架内中部，圆筒框型支架的左侧和右侧均固定安装有变径密封装置，两个变径密封装置的结构相同且左右对称设置在变径圆筒加压装置的左侧和右侧，底板的上表面右侧部固定安装有真空抽气装置，供气加压装置的供气端安装在左侧的变径密封装置的右端，真空抽气装置的抽气端安装在右侧的变径密封装置的左端，圆筒框型支架的底部左侧部安装有位于变径圆筒加压装置左侧下方的样品支撑装置；

供气加压装置包括储气罐和加压罐，加压罐的顶板上固定安装有进气管接头、出气管接头和气压表，储气罐的出气端和进气管接头通过供气管连接，储气罐的出气端安装有供气阀，出气管接头的出气端固定连接有注气管，注气管的出气端固定连接有输气软管，注气管上固定安装有第一球阀，进气管接头中设置有控制气体自上而下向加压罐内部流动的第一单向阀，出气管接头中设置有控制气体自下而上从加压罐内部向外流动的第二单向阀，加压罐的底部敞口，加压罐的下端边沿一体成型有若干块圆周阵列设置的竖直圆弧支板，各块竖直圆弧支板的下侧边固定连接有水平圆形支板，水平圆形支板固定连接在底板的上表面，加压罐内同中心滑动设置有加压活塞，加压活塞的外圆周与加压罐的内圆周滑动密封接触，加压活塞的下表面和水平圆形支板的上表面之间固定连接有两个左右并排设置的第一液压油缸，加压罐的前侧壁设置有观察窗，观察窗上设置有刻度尺；

圆筒框型支架包括两块竖直圆形支板，两块竖直圆形支板沿前后方向竖向设置且左右并排设置，左侧的竖直圆形支板固定连接在底板的上表面左侧部且位于加压罐的右侧，右侧的竖直圆形支板固定连接在底板的上表面右侧边沿中部，两块竖直圆形支板之间固定连接有若干块圆周阵列设置的第一圆弧长板，各块第一圆弧长板的中部之间固定连接有与竖直圆形支板平行且左右对应的竖直圆环支板；

变径圆筒加压装置包括若干块第二圆弧长板，各块第二圆弧长板均沿左右方向水平设置，各块第二圆弧长板圆周阵列设置在各块第一圆弧长板的中间且合围成变径加压圆筒，变径加压圆筒内中部设置有圆弧形弹性片，圆弧形弹性片的外圆周面与各块第二圆弧长板的内圆弧面紧压接触，竖直圆环支板和右侧的竖直圆形支板之间圆周阵列固定连接有若干组驱动相应各块第二圆弧长板左右水平移动的左右横移机构，竖直圆环支板的左侧面上部固定安装有位于变径加压圆筒右侧部上方的第一减速电机，竖直圆环支板的左侧面下部固定连接有一块沿左右方向水平设置且位于第二圆弧长板的水平长支板，水平长支板的上表面中部左侧固定安装有位于变径加压圆筒左侧部下方的第二减速电机，第一减速电机和第二减速电机的动力轴均沿前后方向水平设置，第一减速电机和第二减速电机的动力轴前端均固定安装有卷盘，变径加压圆筒的外圆周上沿左右方向螺旋缠绕有绳索，绳索的左端固定卷绕在左下侧的卷盘上，绳索的右端固定卷绕在右上侧的卷盘上，每块第二圆弧长板的内部沿长度方向均固定设置有若干根温控棒；

位于上侧的一组左右横移机构包括丝杠减速电机、水平丝杠、导向光杠、螺母副、T型板滑座和两个第二液压油缸，丝杠减速电机固定安装在右侧的竖直圆形支板的左侧面上部，水平丝杠和导向光杠均沿左右方向水平设置，水平丝杠设置在导向光杠的正下方，导向光杠的左端固定连接在竖直圆环支板的右侧面上部，导向光杠的右端固定连接在右侧的竖直圆形支板的左侧面上部，丝杠减速电机的动力轴左端同轴传动连接水平丝杠的右端，螺母副套装螺纹连接在水平丝杠上，T型板滑座由竖直板和水平板组成，竖直板沿前后方向竖向设置，竖直板的下侧边固定连接在水平板的上表面中部，螺母副固定安装在水平板上，水平丝杠和导向光杠均穿过水平板，导向光杠与水平板之间滑动连接，两个第二液压油缸均沿竖向设置且左右并排设置，两个第二液压油缸的缸体顶部均铰接在水平板的下表面，两个第二液压油缸的缸体顶部铰接轴均沿左右方向水平设置，两个第二液压油缸的活塞杆向下伸出，两个第二液压油缸的活塞杆下端通过球铰链铰接在相应上侧的第二圆弧长板的上表面右侧部；

左侧的变径密封装置包括第三液压油缸、推板、挤压板和弹性橡胶圈，第三液压油缸沿左右方向水平设置在变径加压圆筒的左侧且与变径加压圆筒左右正对应，推板和挤压板左右并排设置且所在平面均沿前后方向水平设置，挤压板位于推板的右侧，弹性橡胶圈设置在推板和挤压板之间，弹性橡胶圈的左侧面固定粘接在推板的右侧面外边缘，弹性橡胶圈的右侧面固定粘接在挤压板的左侧面外边缘，第三液压油缸的缸体左端固定安装在左侧的竖直圆形支板的右侧面中部，第三液压油缸的活塞杆向右伸出，第三液压油缸的活塞杆右端与推板的左侧面中部固定连接，推板上开设有两个左右通透且关于推板中心前后对称的第一通孔，推板的左侧面固定连接有两个前后对称设置的U型梁，U型梁前侧、后侧和右侧均敞口，两个U型梁分别与两个第一通孔左右对应， 每个U型梁的左侧板和挤压板之间均固定安装有第四液压油缸，两个第四液压油缸前后对称设置，前侧的第四液压油缸贯穿前侧的第一通孔和弹性橡胶圈的中心孔，后侧的第四液压油缸贯穿后侧的第一通孔和弹性橡胶圈的中心孔，推板上开设有左右通透且位于推板中心下方的第二通孔，挤压板上固定安装有沿左右方向水平设置的输气管接头，输气管接头的左端向左穿过第二通孔，第三液压油缸上安装有油压计。

2.根据权利要求1所述的确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，其特征在于：左侧的竖直圆形支板的下侧部开设有左右通透的第三通孔，输气软管的出气端向右穿过第三通孔并与左侧的输气管接头的左端固定连接。

3.根据权利要求2所述的确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，其特征在于：真空抽气装置包括真空泵，真空泵固定安装在底板的上表面右侧部，真空泵的抽气端与右侧的输气管接头的右端通过抽气管连接，抽气管上安装有第二球阀。

4.根据权利要求3所述的确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，其特征在于：样品支撑装置包括第五液压油缸和圆弧托料板，第五液压油缸竖向设置，第五液压油缸的缸体底部固定安装在水平长直板的上表面左侧部且位于推板的正下方，圆弧托料板沿左右方向水平设置且敞口侧朝上设置，圆弧托料板的下侧面中部固定连接在第五液压油缸的活塞杆上端。

5.根据权利要求4所述的确定地层条件下煤储层最大含气量的装置，其特征在于：各块第二圆弧长板的两侧直边均固定设置有密封橡胶条，相邻两块第二圆弧长板的相邻侧密封橡胶条紧压接触。

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