CN207488142U

CN207488142U - 一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构

Info

Publication number: CN207488142U
Application number: CN201721652847.3U
Authority: CN
Inventors: 李波波; 杨康; 任崇鸿; 李建华
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2017-12-01
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2018-06-12
Anticipated expiration: 2027-12-01

Abstract

本实用新型公开了一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，它包括三轴压力系统，混合气体调控系统的气体输出端与三轴压力系统的气体输入端通过管路连接；三轴压力系统的气体输出端与正压调节系统的气体输入端通过管路连接；正压调节系统的气体输出端与浓度测定系统的气体输入端通过管路连接；解决了现有技术没有人进行可变浓度比的混合气体浓度对瓦斯渗透率影响的试验研究，也还没有能测定出口混合气体各组分浓度的渗流设备，且一般渗流设备的混合气体必须要预先设定好不同浓度的气瓶，不能做到灵活调控其混合气体的浓度比，这实际煤矿开采过程中瓦斯浓度的变化不符等技术问题。

Description

一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构

技术领域

本实用新型属于实验器具技术领域，尤其涉及一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构。

背景技术

瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出是煤矿生产过程中的重大灾害，从上世纪初到现在，矿井瓦斯学科体系已经逐步完善，但是理论方面对于煤与瓦斯突出的机理仍然停留在半定量阶段，在煤层气开发方面如何大幅度提高煤层的透气系数在我国来说仍然是一道难题。研究瓦斯在煤层当中的赋存与流动对防突和煤层气的开采具有十分重大的意义。因此，煤层瓦斯渗透率的测算方法研究是瓦斯渗流力学发展之关键技术，也是煤矿安全工作者研究煤与瓦斯突出等一系列矿山安全问题的关键入手点。煤体内瓦斯以游离态和吸附态的形式存在，瓦斯气体是一种含有CH₄、CO₂等多种混合气体组成的气体，因此研究混合气体对煤渗透率的影响十分必要，目前为止还没有人进行可变浓度比的混合气体浓度对瓦斯渗透率影响的试验研究，目前也还没有能测定出口混合气体各组分浓度的渗流设备，且一般渗流设备的混合气体必须要预先设定好不同浓度的气瓶，不能做到灵活调控其混合气体的浓度比，这实际煤矿开采过程中瓦斯浓度的变化不符，因此有必要对渗流设备进行一定的改进以模拟煤岩现场开采过程中瓦斯浓度的变化；建立该实验装置来模拟煤岩开采过程中不同浓度比的混合气体以及气体吸附作用对渗透率影响，以便更深层次地探索各因素对瓦斯渗流的作用机制，为煤层气抽采与防突等提供技术参考。

实用新型内容：

本实用新型要解决的技术问题：提供一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，以解决现有技术没有人进行可变浓度比的混合气体浓度对瓦斯渗透率影响的试验研究，也还没有能测定出口混合气体各组分浓度的渗流设备，且一般渗流设备的混合气体必须要预先设定好不同浓度的气瓶，不能做到灵活调控其混合气体的浓度比，这实际煤矿开采过程中瓦斯浓度的变化不符等技术问题。

本实用新型技术方案：

一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，它包括三轴压力系统，混合气体调控系统的气体输出端与三轴压力系统的气体输入端通过管路连接；三轴压力系统的气体输出端与正压调节系统的气体输入端通过管路连接；正压调节系统的气体输出端与浓度测定系统的气体输入端通过管路连接。

混合气体调控系统包括第一储气罐，第一储气罐与混合气体容器的第一进气端通过管路连接，管路上依次设置有第一压力表、第一电磁阀、第二电磁流量计和第二止回阀；第二储气罐与混合气体容器的第二进气端通过管路连接，管路上依次设置有第二压力表、第二电磁阀、第一电磁流量计和第一止回阀。

混合气体容器与真空泵通过管路连接，管路上设置有第三止回阀；混合气体容器内安装有旋转叶片，旋转叶片与变频电机输出轴连接；混合气体容器内安装有第一压力传感器；混合气体容器内安装有半导体气体传感器。

混合气体调控系统的气体输出端与三轴压力系统的气体输入端通过管路连接，在管路上依次安装有增压泵、储气箱和第四电磁阀；储气箱内安装有第二压力传感器。

三轴压力系统包括三轴压力室，三轴压力室安装在恒温水箱中，三轴压力室分别与轴压加载系统和围压加载系统连接。

三轴压力室包括内腔和外腔体和围压腔体，围压腔体的两端连接有进气管和出气管，围压腔体的顶端通过轴压板密封，外腔体上开设有轴压管口和围压管口；轴压管口开设在轴压板上方左侧或右侧；围压管口开设在外腔体上。

正压调节系统包括增压泵、第四电磁阀、正压调节阀和压力表；增压泵和第四电磁阀安装在三轴压力系统进气端的管路上；正压调节阀和压力表安装在三轴压力系统出气端的管路上。

浓度测定系统包括第四止回阀和气相色谱仪；第四止回阀和气相色谱仪依次安装在正压调节系统的出口端管道上。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过电磁阀与电磁流量计来调控混合气体的浓度比，经过安装有螺旋片的混合气体容器使气体充分混合，并能通过半导体气体传感器来检测混合气体的浓度以及浓度是否发生变化，本实用新型能通过出口端连接的气相色谱仪对三轴压力室出口端的混合气体进行各组分浓度的检测，可研究浓度对渗透率的影响以及气体吸附作用对渗透率的影响。本实用新型能够使煤岩进行在不同混合气体条件下的渗流实验，并且能够在不同气体浓度、温度、轴压和围压多因素耦合条件下渗流实验，能够真实模拟煤岩开采过程中混合气体的渗流实验，该实验装置简单易操作，使用效果好，易于推广；解决了现有技术没有人进行可变浓度比的混合气体浓度对瓦斯渗透率影响的试验研究，也还没有能测定出口混合气体各组分浓度的渗流设备，且一般渗流设备的混合气体必须要预先设定好不同浓度的气瓶，不能做到灵活调控其混合气体的浓度比，这实际煤矿开采过程中瓦斯浓度的变化不符等技术问题。

附图说明：

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型三轴压力室结构示意图。

图中：1-第一储气罐、2-第一压力表、3-第一电磁阀、4-第二储气罐、5-第二压力表、6-第二电磁阀、7-第一电磁流量计、8-第一止回阀、9-第二电磁流量计、10-第二止回阀、11-第三止回阀、12-真空泵、13-第三电磁阀、14-第一压力传感器、15-半导体气体传感器、16-增压泵、17-第二压力传感器、18-储气箱、19-第四电磁阀、20-混合气体容器、21-旋转叶片、22-电频电动机、23-恒温水箱、24-三轴压力室、25-精密压力表、26-正压调节阀、27-第四止回阀、28-气相色谱仪、29-轴压加载系统、30-围压加载系统、31-进气管、32-轴压管口、33-轴压板、34-围压腔体、35-围压管口、36-出气管、37-外腔体

具体实施方式：

混合气体调控系统包括第一储气罐1，第一储气罐1与混合气体容器20的第一进气端通过管路连接，管路上依次设置有第一压力表2、第一电磁阀3、第二电磁流量计9和第二止回阀10；第二储气罐4与混合气体容器20的第二进气端通过管路连接，管路上依次设置有第二压力表5、第二电磁阀6、第一电磁流量计7和第一止回阀8。

混合气体容器20与真空泵12通过管路连接，管路上设置有第三止回阀11；混合气体容器20内安装有旋转叶片21，旋转叶片21与变频电机22输出轴连接；混合气体容器20内安装有第一压力传感器；混合气体容器20内安装有半导体气体传感器15。

混合气体调控系统的气体输出端与三轴压力系统的气体输入端通过管路连接，在管路上依次安装有增压泵16、储气箱18和第四电磁阀19；储气箱18内安装有第二压力传感器17。

三轴压力系统包括三轴压力室24，三轴压力室24安装在恒温水箱23中，三轴压力室24分别与轴压加载系统29和围压加载系统30连接。

三轴压力室24包括内腔和外腔体37和围压腔体34，围压腔体34的两端连接有进气管31和出气管36，围压腔体34的顶端通过轴压板33密封，外腔体37上开设有轴压管口32和围压管口35；轴压管口32开设在轴压板33上方左侧或右侧；围压管口35开设在外腔体37上。

正压调节系统包括增压泵16、第四电磁阀19、正压调节阀26和压力表25；增压泵16和第四电磁阀19安装在三轴压力系统进气端的管路上；正压调节阀26和压力表25安装在三轴压力系统出气端的管路上。

浓度测定系统包括第四止回阀27和气相色谱仪28；第四止回阀27和气相色谱仪28依次安装在正压调节系统的出口端管道上。

使用时，首先将标准尺寸的煤体试件按要求安装在三轴压力室24内的围压腔体34内，将恒温水箱23的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况，通过调节轴压加载系统29和围压加载系统30调节至实验所设置的轴压与围压从而模拟煤在地底所受应力状态。然后关闭第一电磁阀3、第二电磁阀6、第三电磁阀13，启动真空泵12对混合气体容器20抽真空。关闭第三止回阀11和第三电磁阀13，打开第一电磁阀3、第二电磁阀6、第一止回阀8和第二止回阀10，使第一储气瓶1和第二储气瓶4的两种气体分别经过第一电磁流量计7和第二电磁流量计9，到达设定的浓度比。关闭所有电磁阀和止回阀。启动变频电机22带动旋转叶片21，使得气体混合容器20中两种气体充分混合。关闭变频电机22，打开第三电磁阀13，启动增压泵16，直到储气箱18内压力达到设定压力，然后打开第四电磁阀19，关闭正压调节阀26使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时，二十四小时后调节正压调节阀26至试验所需值打开第四止回阀27，待流量计读数稳定后记录流量值，通过半导体气体传感器15和气相色谱仪28得出进入三轴压力室24之前的混合气体浓度和流出三轴压力室24的混合气体浓度，最后通过公式计算出混合气体作用下不同温度、轴压、围压等耦合作用下煤渗透率值并得出不同浓度比的混合气体对渗透率的影响和吸附作用对渗透率的影响。

Claims

1.一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，它包括三轴压力系统，其特征在于：混合气体调控系统的气体输出端与三轴压力系统的气体输入端通过管路连接；三轴压力系统的气体输出端与正压调节系统的气体输入端通过管路连接；正压调节系统的气体输出端与浓度测定系统的气体输入端通过管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：混合气体调控系统包括第一储气罐（1），第一储气罐（1）与混合气体容器（20）的第一进气端通过管路连接，管路上依次设置有第一压力表（2）、第一电磁阀（3）、第二电磁流量计（9）和第二止回阀（10）；第二储气罐（4）与混合气体容器（20）的第二进气端通过管路连接，管路上依次设置有第二压力表（5）、第二电磁阀（6）、第一电磁流量计（7）和第一止回阀（8）。

3.根据权利要求2所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：混合气体容器（20）与真空泵（12）通过管路连接，管路上设置有第三止回阀（11）；混合气体容器（20）内安装有旋转叶片（21），旋转叶片（21）与变频电机（22）输出轴连接；混合气体容器（20）内安装有第一压力传感器；混合气体容器（20）内安装有半导体气体传感器（15）。

4.根据权利要求1所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：混合气体调控系统的气体输出端与三轴压力系统的气体输入端通过管路连接，在管路上依次安装有增压泵（16）、储气箱（18）和第四电磁阀（19）；储气箱（18）内安装有第二压力传感器（17）。

5.根据权利要求1所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：三轴压力系统包括三轴压力室（24），三轴压力室（24）安装在恒温水箱（23）中，三轴压力室（24）分别与轴压加载系统（29）和围压加载系统（30）连接。

6.根据权利要求5所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：三轴压力室（24）包括内腔和外腔体（37）和围压腔体（34），围压腔体（34）的两端连接有进气管（31）和出气管（36），围压腔体（34）的顶端通过轴压板（33）密封，外腔体（37）上开设有轴压管口（32）和围压管口（35）；轴压管口（32）开设在轴压板（33）上方左侧或右侧；围压管口（35）开设在外腔体（37）上。

7.根据权利要求1所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：正压调节系统包括增压泵（16）、第四电磁阀（19）、正压调节阀（26）和压力表（25）；增压泵（16）和第四电磁阀（19）安装在三轴压力系统进气端的管路上；正压调节阀（26）和压力表（25）安装在三轴压力系统出气端的管路上。

8.根据权利要求1所述的一种测量混合气体含量变化的三轴渗流结构，其特征在于：浓度测定系统包括第四止回阀（27）和气相色谱仪（28）；第四止回阀（27）和气相色谱仪（28）依次安装在正压调节系统的出口端管道上。