CN207408265U - 一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置及测试装置 - Google Patents

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王兆丰
韩恩光
陈向军
杨宏民
刘军
王俏
郑梦浩
霍肖肖
刘思迪
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Abstract

本实用新型公开了一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置及测试装置，地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置，包括氮气充气装置、密闭泥浆罐、背压伺服系统、瓦斯解吸仪，氮气充气装置包括阀门、缓冲罐、压力表、氮气充气罐，背压伺服系统由背压阀、蓄能器、压力表和PID阀组成，瓦斯解吸仪装有甲烷浓度测定仪、超声波测距仪和温度传感器；包括上述装置的地面钻孔取芯煤芯瓦斯漏失模拟测试装置，还包括煤样罐、脱气装置、甲烷充气装置和计算机。本实用新型能够模拟测试取芯过程煤芯漏失量及其解吸规律，为煤样瓦斯漏失量准确推算方法的建立提供技术支撑，完善煤层瓦斯含量解吸测定法，为矿井瓦斯危险程度预测和瓦斯治理提供可靠的瓦斯含量测值方法。

Description

一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置及测试装置
技术领域
本实用新型涉及煤矿安全领域，特别是涉及一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置及测试装置。
背景技术
我国是世界上煤炭产量最大的国家，同时也是世界上煤矿瓦斯问题最为严重的国家之一；瓦斯灾害防治中，煤层瓦斯含量是计算瓦斯储量与瓦斯涌出量的基础，也是预测煤与瓦斯突出危险性的重要参数之一，瓦斯含量测值的准确性不仅制约着矿井瓦斯危险程度预测的可靠性，而且影响以瓦斯危险程度预测为依据而制定的瓦斯防治措施的有效性与经济性，甚至可能危及矿井安全生产。
煤层瓦斯含量测定方法根据应用范围分为地质勘探钻孔中应用的方法和煤矿井下应用的方法两大类，分别是在泥浆介质和空气介质中进行取样测算；因为煤芯在地面钻孔中的瓦斯解吸是在泥浆介质中完成的，而煤样在地面的瓦斯解吸是在空气介质中进行的，两者的介质环境及介质压力条件差异较大，用煤样在地面的瓦斯解吸规律推算提钻过程中的煤样漏失瓦斯量并不合理；会导致煤层瓦斯含量测值稳定性差、准确率偏低，而现如今地勘解吸法的两个测定依据为：
1）煤芯提至钻孔深度一半开始放散瓦斯；
2）空气介质中测得的煤芯瓦斯解吸规律可以推算取芯过程煤芯漏失瓦斯量；
由于地面钻孔取芯过程是一个变压瓦斯解吸过程，这两个依据没有充足的理论与试验依据，难以准确地测算地面钻孔取芯过程煤样的瓦斯漏失量。
因此，为了更准确地测算取芯过程煤中的瓦斯漏失量，提高地勘瓦斯含量测定的准确性，有必要对地勘钻孔取芯含瓦斯煤瓦斯在泥浆介质中解吸过程进行模拟研究，进一步掌握煤层在不同条件下的解吸规律，为煤矿安全生产提供保障。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种压降环境下模拟含瓦斯煤在泥浆介质中压力连续降低时的瓦斯解吸的实验方法和装置，以解决目前无法准确测算地面钻孔取芯过程中煤芯瓦斯漏失量的技术难题。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置，包括以管线依次连接的氮气充气装置（22）、密闭泥浆罐（12）、背压伺服系统（13）、瓦斯解吸仪（15）；
所述氮气充气装置（22）包括通过管线依次连接第三阀门（11）、第二缓冲罐（10）、第三压力表（27）、氮气充气罐（9）；
所述背压伺服系统（13）由背压阀（1301）、蓄能器（1302）、第一压力表（1303）和PID阀（1304）组成；
所述瓦斯解吸仪（15）装有甲烷浓度测定仪（20）、超声波测距仪（29）和温度传感器（30）。
一种包含上述装置的地面钻孔煤芯模拟压降解吸测试装置，还包括煤样罐（6）、脱气装置（5）、甲烷充气装置（21）和计算机（14），所述煤样罐（6）用罐盖密封设置在保温箱（7）内，所述罐盖上设置有两个接口，一个接口通过管线（17）与脱气装置（5）、甲烷充气装置（21）和模拟压降解吸装置连接，另一个接口安装压力表和温度表（24），所述保温箱（7）连接加热装置（23）；所述的脱气装置（5）由管线连接的真空泵（25）、第二阀门（4）与煤样罐（6）连接到管线上；所述的甲烷充气装置（21）由通过管线依次连接的第一阀门（3）、第一缓冲罐（1）、第二压力表（26）、甲烷充气罐（2）组成。
本实用新型较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本实用新型能够精准地模拟地面钻孔取芯时煤样所处的钻井液环境，并且通过背压伺服系统模拟提钻过程中泥浆压力降低的实际情况，模拟测试地面钻孔取芯过程中煤芯瓦斯漏失量及漏失规律，为煤样瓦斯漏失量准确推算方法的建立提供技术支撑，完善煤层瓦斯含量解吸测定法，为矿井瓦斯危险程度预测和瓦斯治理提供可靠的瓦斯含量测值。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置，包括以管线依次连接的氮气充气装置（22）、密闭泥浆罐（12）、背压伺服系统（13）、瓦斯解吸仪（15）；
所述氮气充气装置（22）包括通过管线依次连接第三阀门（11）、第二缓冲罐（10）、第三压力表（27）、氮气充气罐（9）；
所述背压伺服系统（13）由背压阀（1301）、蓄能器（1302）、第一压力表（1303）和PID阀（1304）组成；
所述瓦斯解吸仪（15）装有甲烷浓度测定仪（20）、超声波测距仪（29）和温度传感器（30）。
一种包含上述装置的地面钻孔煤芯模拟压降解吸测试装置，还包括煤样罐（6）、脱气装置（5）、甲烷充气装置（21）和计算机（14），所述煤样罐（6）用罐盖密封设置在保温箱（7）内，所述罐盖上设置有两个接口，一个接口通过管线（17）与脱气装置（5）、甲烷充气装置（21）和模拟压降解吸装置连接，另一个接口安装压力表和温度表（24），所述保温箱（7）连接加热装置（23）；所述的脱气装置（5）由管线连接的真空泵（25）、第二阀门（4）与煤样罐（6）连接到管线上；所述的甲烷充气装置（21）由通过管线依次连接的第一阀门（3）、第一缓冲罐（1）、第二压力表（26）、甲烷充气罐（2）组成。
使用装置前需要检测地面钻孔取芯煤芯瓦斯漏失模拟测试装置的气密性并关闭所有阀门；
在煤样罐（6）中放入干燥好的煤样，调节恒温水浴箱（7）的温度为煤层温度将煤样罐（6）置于恒温水浴中，确保各个阀门处于关闭状态，打开真空泵（25）和第二阀门（4），对煤样罐（6）真空脱气，用复合真空计监测罐内压力，当罐内压力至10Pa，然后关闭第二阀门（4）和真空泵（25），完成对煤样罐及相连管线的脱气处理；
确保各个阀门处于关闭状态，打开甲烷充气罐（2）向参考罐（1）中充入甲烷，压力稳定后记录第二压力表（26）压力P0（即参考罐1压力），关闭充气罐（2），打开第一阀门（3），向煤样罐中充入一定量的甲烷气体，关闭第一阀门（3）记录参考罐（1）第二压力表（26）读数P1 ，；多次重复上述充气过程，使煤样罐（6）中的煤样达到吸附平衡压力（即关闭第一阀门（3）后压力表（24）读数不再变化为止），即吸附平衡压力为P1；
向泥浆罐（12）中加入泥浆，使得所加入的泥浆占据泥浆罐（12）一半空间，打开第三阀门（11），通过氮气充气罐（9）向第二缓冲罐（10）充入一定量的氮气，关闭氮气罐（9）后打开第三阀门（11），向泥浆罐（12）通入氮气，待压力表（28）稳定后关闭第三阀门（11）；使得压力表（28）显示的压力值为取样前煤样所处环境压力P0；打开阀门（8），使煤样在模拟实际压降曲线下进行解吸。
使用本实用新型装置进行实验的计算公式如下：
瓦斯解吸仪（15）内的气体压力为P；
（1）
式中P1:实验装置所处的环境气压，Pa；
ρ:瓦斯解吸仪中的水的密度，kg/m3；
h:瓦斯解吸仪中的水柱高度，m；
瓦斯解吸仪（15）收集到的气体在标准状态下的体积V0,由理想气体状态方程得：
（2）
式中V0:收集到的气体在标准状态下的体积，m3；
V:瓦斯解吸仪中气体的体积，m3；
T0:标准温度，K；
T:瓦斯解吸仪中的气体温度，K；
解吸出的甲烷的体积V甲烷由公式3计算；
式中C:瓦斯解吸仪中气体的甲烷浓度，%。
综上所述，通过本实施例的描述，可以使本技术领域人员更好的实施本方案。

Claims (2)

1.一种地面钻孔煤芯模拟压降解吸装置，其特征在于：包括以管线依次连接的氮气充气装置（22）、密闭泥浆罐（12）、背压伺服系统（13）、瓦斯解吸仪（15）；
所述氮气充气装置（22）包括通过管线依次连接第三阀门（11）、第二缓冲罐（10）、第三压力表（27）、氮气充气罐（9）；
所述背压伺服系统（13）由背压阀（1301）、蓄能器（1302）、第一压力表（1303）和PID阀（1304）组成；
所述瓦斯解吸仪（15）装有甲烷浓度测定仪（20）、超声波测距仪（29）和温度传感器（30）。
2.一种包含权利要求1所述装置的地面钻孔煤芯模拟压降解吸测试装置，其特征在于：还包括煤样罐（6）、脱气装置（5）、甲烷充气装置（21）和计算机（14），所述煤样罐（6）用罐盖密封设置在保温箱（7）内，所述罐盖上设置有两个接口，一个接口通过管线（17）与脱气装置（5）、甲烷充气装置（21）和模拟压降解吸装置连接，另一个接口安装压力表和温度表（24），所述保温箱（7）连接加热装置（23）；所述的脱气装置（5）由管线连接的真空泵（25）、第二阀门（4）与煤样罐（6）连接到管线上；所述的甲烷充气装置（21）由通过管线依次连接的第一阀门（3）、第一缓冲罐（1）、第二压力表（26）、甲烷充气罐（2）组成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110927359A (zh) * 2019-11-27 2020-03-27 重庆大学 一种低渗透多孔介质取心过程中损失气含量实验测试装置及方法

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