CN211014100U

CN211014100U - 测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统

Info

Publication number: CN211014100U
Application number: CN201920880829.3U
Authority: CN
Inventors: 岳基伟; 董家昕; 王兆丰; 郑梦浩; 陈金生; 代菊花; 马雄伟; 席杰; 刘帅强; 崔永杰
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2029-06-12

Abstract

本实用新型涉及一种测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，包括气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀及控制系统，其中煤样罐装置与等压加水装置间通过导流管相互串联，煤样罐装置与等压加水装置均通过导流管分别与气调装置、等压解吸装置相互连通，煤样罐装置另通过导线与电阻测试装置电气连接，所述导流管上均布若干控制阀，并通过控制阀分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置及覆压加载装置相互连通。本实用新型测试方法简便、精确、与煤层实际赋存相似度高、且可实现动态监测，为深入研究水力化措施防治煤与瓦斯突出机理奠定理论基础。

Description

测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统

技术领域

本实用新型涉及本实用新型属于煤矿安全技术领域，具体涉及一种测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布方法与装置。

背景技术

中国是煤炭储量丰富的国家之一，也是世界上的主要产煤及消费国，同时我国也是煤矿瓦斯灾害最为严重的国家，瓦斯灾害事故带来了巨大的财产损失和人身伤亡事故。煤层注水的过程实际上是外加水分在煤体中渗吸的过程，渗吸促进煤体瓦斯解吸，从而减小煤层瓦斯含量，提高瓦斯抽采率，减少煤与瓦斯突出、瓦斯超限的次数，由于煤体的各向异性，煤层注水过程中，水在钻孔周围湿润范围内分布不均匀，导致煤体内残余瓦斯含量不同，残余瓦斯含量不同达标区域也不同，这些壁垒阻碍了煤层注水消突措施的发展。

测量水分的方法有干燥法、红外线法、射线法、微波法、核磁共振法及数值模拟法，干燥法破坏煤体，无法连续动态检测含瓦斯煤体水分分布；红外线法在检测煤体水分的过程中，煤中非水分成分同样也吸收红外线，致使测量结果出现偏差；射线法需要引入放射源以及大功率的电压设备，使其具有一定的安全隐患，而且设备价格高昂且不易维护，氢的散射特性并不稳定，如果屏蔽不好，这种方法容易造成射线泄漏，污染环境、危害人类；微波法对于低含水率较难测试准确，煤样罐为钢制品，吸收微波的能量；核磁共振受回波时间限制，造成低于回波时间的信号无法检测到；数值模拟法是在一定假设的基础得出水分的定性或定量分布，同时也受边界条件的限制，不能反映真实条件下水分分布。

因此，如果在实验室准确测定覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中的水分分布，有必要建立一种测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布方法与装置，其危险性低，测试方法便捷、精确、可实现上加水或下加水、与煤层实际赋存相似度高、且同时可实现上动态监测，为深入研究水力化措施防突机理奠定理论基础。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型提供测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统及方法。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，包括气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀及控制系统，其中所述煤样罐装置与等压加水装置间通过导流管相互串联，且所述煤样罐装置与等压加水装置均通过导流管分别与气调装置、等压解吸装置相互连通，其中所述等压解吸装置与煤样罐装置之间的覆压加载装置相互连通，所述煤样罐装置另通过导线与电阻测试装置电气连接，所述导流管上均布若干控制阀，并通过控制阀分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置及覆压加载装置相互连通，所述控制系统通过导线分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀电气连接。

进一步的：气调装置包括甲烷充气机构、氦气标定机构和真空脱气机构；

其中所述的甲烷充气机构包括高压甲烷瓶、阀门、缓冲罐、三通、压力传感器、管路以及信号线，高压甲烷瓶通过管路与阀门相连，阀门）通过管路与缓冲罐相连，缓冲罐通过管路与三通的右端口相连，三通的下端口与压力传感器相连，压力传感器通过信号线与控制系统相连，控制系统通过信号线与控制系统相连接，三通的左端口通过管路与阀门相连，阀门通过管路与四通的右端口相连；

其中所述的氦气标定机构包括氦气瓶、减压阀、阀门、缓冲罐、三通、压力传感器、管路以及信号线，氦气瓶通过管路与减压阀相连，减压阀通过管路与阀门相连，阀门通过管路与缓冲罐相连，缓冲罐通过管路与三通的右端口相连，三通的上端口与压力传感器相连，压力传感器通过信号线与控制系统（200）相连，三通的左端口通过管路与阀门相连，阀门通过管路与四通的上端口相连；

其中所述的真空脱气机构包括真空泵、复合式真空计以及阀门，真空泵通过管路与三通的下端口相连，三通的左端口通过真空硅管与复合式真空计相连，三通的上端口通过管路与阀门相连，阀门通过管路与四通的下端口相连，甲烷充气机构、氦气标定机构和真空脱气机构共同连接于四通，四通的左端口通过管路与四通的右端口相连，四通的下端口与压力传感器相连，压力传感器通过信号线与控制系统相连，四通的上端口与阀门相连，四通的左端口通过管路与煤样罐装置相连。

进一步的，所述的煤样罐装置包括煤样罐上盖、煤样罐筒体、穿线密封组合件、活塞、煤样罐下盖及煤样罐支架；

其中所述的煤样罐上盖中心设有上加水口，上加水口上部通过管路与等压加水装置相连接，上加水口下部与垂直孔相通，煤样罐上盖右侧设有注气口，注气口通过管路与四通的左端口相连，注气口的末端与垂直孔相通，煤样罐上盖左侧设有解吸口，解吸口的末端与垂直孔相通，解吸口通过管路与等压解吸装置及等压加水装置相连，垂直孔、垂直孔、垂直孔分别与一定厚度的金属网相通，金属网周围与煤样罐上盖下端面通过焊接连接，金属网外缘设有O形圈，O形圈的外侧沿圆周均匀布置六个内六角螺栓孔；

所述的煤样罐筒体的上端面沿圆周均匀布置六个内六角螺栓孔，煤样罐筒体的六个内六角螺栓孔与煤样罐上盖六个内六角螺栓孔通过内六角螺栓形成配套连接，煤样罐筒体的上端面六个内六角螺栓孔的内侧设置有3mm高度的棱，3mm高度的棱与O形圈形成挤压密封，煤样罐筒体侧壁布置有四层两列的穿线密封组合件连接孔，每排穿线密封组合件的两个连接孔夹角为90°，穿线密封组合件通过螺纹、光滑面、O形圈与煤样罐筒体侧壁孔形成配套连接，煤样罐筒体的下端面沿圆周均匀布置六个内六角螺栓孔，煤样罐筒体的下端面六个内六角螺栓孔内侧设置有3mm高度的棱；

所述的穿线密封组合件由压帽、电极接头、上垫片、PEEK材料压片、四氟材料密封件、PEEK材料下垫片、O形圈、O形圈及漆泡线组成，其中所述电极接头是中空的，电极接头的中部外侧设有螺纹，下部外侧是光滑面，光滑面中设有O形圈，电极接头内侧与压帽通过螺纹相连接，压帽的左侧放置有中空的上垫片，中空的上垫片的左侧放置有PEEK材料压片，PEEK材料压片左侧放置有四氟材料密封件，四氟材料密封件左侧放置有PEEK材料下垫片，其中所述的PEEK材料压片、四氟材料密封件和PEEK材料下垫片的中心轴线在同一水平直线上，可在PEEK材料压片、四氟材料密封件和PEEK材料下垫片上钻取若干个孔，个数根据需要而定，钻取孔时需保证在同一水平直线上，漆泡线通过孔与PEEK材料压片、四氟材料密封件和PEEK材料下垫片相连接，其中在同一层漆泡线当中，一根为公共输入端，其它为输出端；

所述的活塞形状为中空T形，T形的横部上端面具有一定厚度的金属网，金属网周围与T形的横部上端面通过焊接连接，金属网通过垂直孔与下加水口相通，T形的横部通过O形圈与煤样罐筒体内壁相接触，T形圆柱竖直部分一段高度为光滑平面，T形圆柱竖直部分最低的一段为六角螺母；

所述的煤样罐下盖下端面均匀布置有六个内六角螺栓孔，六个内六角螺栓孔与煤样罐筒体的下端面六个内六角螺栓孔通过内六角螺栓形成配套连接，内六角螺栓孔内侧设有中心孔，中心孔与活塞的T形竖直圆柱等直径，中心孔侧壁设有O形圈，O形圈与活塞的T形竖直圆柱形成挤压密封，中心孔的左侧设有垂直孔，垂直孔与覆压加载口相通，覆压加载口通过管路与覆压加载装置相连接；

所述的煤样罐支架上端面设置有中心孔，中心孔与活塞的T形竖直光滑圆柱形等直径，煤样罐下盖及活塞的T形竖直圆柱通过煤样罐支架的中心孔放置在煤样罐支架上，煤样罐支架放置在恒温箱内。

进一步的，所述的等压加水装置包括平流泵、储水罐、加水活塞容器、阀门及管路，储水罐通过管路与平流泵连接，平流泵通过管路与阀门相连接，阀门与四通的下端口相连接，四通的上端口与加水活塞容器下进口相连，四通的右端口与阀门相连接，阀门通过管路与上加水口相连接，四通的左端口与阀门相连接，阀门通过管路与三通的上端口连接，三通的下端口通过管路与下加水口相连接，三通的左端口与阀门相连接，阀门与三通的右端口相连，三通的下端口通过管路与三通的上端口相连接，三通的右端口与阀门相连接，阀门通过管路与解吸口相连接，三通的上端口通过管路与阀门相连接，阀门与三通的左端口连接，三通的右端口与阀门相连接，三通的下端口加水活塞容器与上进口相连；

其中所述的加水活塞容器包括筒体、加水活塞容器上盖、加水活塞容器下盖、堵头、加水活塞、中空定容杆、拉杆、并帽、并帽、法兰，筒体上端通过螺纹与加水活塞容器上盖形成固定连接，加水活塞容器上盖上端面中心设有孔，中心孔外侧有两个带螺纹的孔，孔与拉杆形成固定连接，拉杆关于加水活塞容器上盖中心对称，拉杆通过螺母与法兰中的孔形成固定连接，筒体下端通过螺纹与加水活塞容器下盖形成固定连接，加水活塞容器下盖中心设有孔，堵头通过孔与加水活塞容器下盖形成配套连接，堵头通过密封环与筒体内壁形成挤压密封，堵头上端面是凹形的，堵头上端面设有孔口，堵头下端面设有孔口，孔口与四通的上端口连接，堵头的上方设有中空可移动的加水活塞，加水活塞的侧壁设有密封环，加水活塞的上端面孔口与中空定容杆的下部固定连接，处于加水活塞容器上盖上端面以下的中空定容杆是光滑面，处于加水活塞容器上盖上端面以上的中空定容杆是螺纹面，并帽位于法兰的下部，通过螺纹与中空定容杆形成配套连接，并帽位于法兰的上部，通过螺纹与中空定容杆（成配套连接，中空定容杆上部孔口通过管路与三通的下部端口连接。

进一步的，所述的等压解吸装置包括阀门、回压阀、管路、压力传感器、三通、手摇泵及手摇泵储水罐，阀门一端通过管路与三通的左端口相连，阀门另一端与回压阀的进气口相连接，回压阀的出气口通过管路与解吸仪相连接，回压阀（的进水口与四通的左端口相连，四通的下端口与传感器相连接，四通的左端口与阀门相连接，阀门与手摇泵相连接，手摇泵与阀门相连接，阀门与手摇泵储水罐相连。

进一步的，所述的电阻测试装置包括多通道的电阻测试仪，电阻测试线及快速接头，快速接头与漆泡线通过螺丝固定连接，快速接头通过电阻测试线与多通道的电阻测试仪连接，电阻测试仪通过信号线与控制系统连接。

进一步的，所述的覆压加载装置包括管路、三通、覆压加载传感器、覆压加载泵及储油罐，三通的左端口与覆压加载口相连接，三通的上端口与覆压加载传感器相连接，三通的左端口与阀门相连接，阀门与覆压加载泵相连接，覆压加载泵与阀门相连接，阀门与储油罐相连接。

进一步的，所述的型煤压制装置包括伺服控制机构、带螺纹的柱子、上压板、下压板、台面、空壳箱体、液压千斤顶、压力头及型煤模具，伺服控制机构通过油管与液压千斤顶连接，液压千斤顶与台面的中心固定连接，台面与空壳箱体固定连接，台面与下压板固定连接，下压板中心设置有凹槽，上压板通过螺纹与带螺纹的柱子连接，带螺纹的柱子与地面固定连接，其中所述的型煤模具由煤样罐筒体及煤样罐上盖组成。

进一步的，所述的控制系统为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统，且所述控制系统另设网络通讯装置。

本实用新型与现有技术相比所具有的有益效果是：本实用新型其危险性低，测试方法便捷、精确、与煤层实际赋存相似度高、且可实现动态监测，为深入研究水力化措施防突机理奠定理论基础。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为煤样罐装置结构示意图；

图3为穿线密封组合件结构示意图；

图4为等压加水装置结构示意图；

图5为型煤压制装置结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1—5所述试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统包括气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀及控制系统，其中所述煤样罐装置与等压加水装置间通过导流管相互串联，且所述煤样罐装置与等压加水装置均通过导流管分别与气调装置、等压解吸装置相互连通，其中所述等压解吸装置与煤样罐装置之间的覆压加载装置相互连通，所述煤样罐装置另通过导线与电阻测试装置电气连接，所述导流管上均布若干控制阀，并通过控制阀分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置及覆压加载装置相互连通，所述控制系统200通过导线分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀电气连接。

本实施例中，所述气调装置包括甲烷充气机构、氦气标定机构和真空脱气机构；

其中所述的甲烷充气机构包括高压甲烷瓶、阀门、缓冲罐、三通、压力传感器、管路以及信号线，高压甲烷瓶（1）通过管路与阀门一（2）相连，阀门一（2）通过管路与缓冲罐一（3）相连，缓冲罐一（3）通过管路与三通一（4）的右端口相连，三通一（4）的下端口与压力传感器一（5）相连，压力传感器一（5）通过信号线与控制系统（200）相连，相连接，三通一（4）的左端口通过管路与阀门二（6）相连，阀门二（6）通过管路与四通一（9）的右端口相连；

其中所述的氦气标定机构包括氦气瓶、减压阀、阀门、缓冲罐、三通、压力传感器、管路以及信号线，氦气瓶（10）通过管路与减压阀（11）相连，减压阀（11）通过管路与阀门三（12）相连，阀门三（12）通过管路与缓冲罐二（13）相连，缓冲罐二（13）通过管路与三通二（14）的右端口相连，三通二（14）的上端口与压力传感器二（15）相连，压力传感器二（15）通过信号线与控制系统（200）相连，三通二（14）的左端口通过管路与阀门四（16）相连，阀门四（16）通过管路与四通一（9）的上端口相连；

其中所述的真空脱气机构包括真空泵、复合式真空计以及阀门，真空泵（17）通过管路与三通三（19）的下端口相连，三通三（19）的左端口通过真空硅管与复合式真空计（18）相连，三通三（19）的上端口通过管路与阀门五（20）相连，阀门五（20）通过管路与四通一（9）的下端口相连，甲烷充气机构、氦气标定机构和真空脱气机构共同连接于四通一（9），四通一（9）的左端口通过管路与四通二（21）的右端口相连，四通二（21）的下端口与压力传感器三（22）相连，压力传感器三（22）通过信号线与控制系统（200）相连，四通二（21）的上端口与阀门六（23）相连，四通二（21）的左端口通过管路与煤样罐装置相连。

本实施例中，所述的煤样罐装置包括煤样罐上盖（24）、煤样罐筒体（25）、穿线密封组合件（26）、活塞（27）、煤样罐下盖（28）及煤样罐支架（29）；

其中所述的煤样罐上盖（24）中心设有上加水口（30），上加水口（30）上部通过管路与等压加水装置相连接，上加水口（30）下部与垂直孔一（31）相通，煤样罐上盖（24）右侧设有注气口（32），注气口（32）通过管路与四通二（21）的左端口相连，注气口（32）的末端与垂直孔二（34）相通，煤样罐上盖（24）左侧设有解吸口（33），解吸口（33）的末端与垂直孔三（35）相通，解吸口（33）通过管路与等压解吸装置及等压加水装置相连，垂直孔一（31）、垂直孔二（34）、垂直孔三（35）分别与一定厚度的金属网一（36）相通，金属网一（36）周围与煤样罐上盖（24）下端面通过焊接连接，金属网一（36）外缘设有O形圈一（37），O形圈一（37）的外侧沿圆周均匀布置六个内六角螺栓孔一（38）；

所述的煤样罐筒体（25）的上端面沿圆周均匀布置六个内六角螺栓孔二（39），煤样罐筒体（25）的六个内六角螺栓孔二（39）与煤样罐上盖六个内六角螺栓孔一（38）通过第一内六角螺栓（40）形成配套连接，煤样罐筒体（25）的上端面六个内六角螺栓孔二（39）的内侧设置有3mm高度的棱，3mm高度的棱与O形圈一（37）形成挤压密封，煤样罐筒体（25）侧壁布置有四层两列的穿线密封组合件（26）连接孔，每排穿线密封组合件（26）的两个连接孔夹角为90°，穿线密封组合件（26）通过螺纹（41）、光滑面（42）、O形圈二（43）、O形圈三（44）与煤样罐筒体（25）侧壁孔形成配套连接，煤样罐筒体（25）的下端面沿圆周均匀布置六个内六角螺栓孔三（45），煤样罐筒体（25）的下端面六个内六角螺栓孔三（45）内侧设置有3mm高度的棱；

所述的穿线密封组合件（26）由压帽（46）、电极接头（47）、上垫片（48）、PEEK材料压片（49）、四氟材料密封件（50）、PEEK材料下垫片（51）、O形圈二（43）、O形圈三（44）及漆泡线（52）组成，其中所述电极接头（47）是中空的，电极接头（47）的中部外侧设有螺纹（41），下部外侧是光滑面（42），光滑面（42）中设有O形圈二（43）和O形圈三（44），电极接头（47）内侧与压帽（46）通过螺纹相连接，压帽（46）的左侧放置有中空的上垫片（48），中空的上垫片（48）的左侧放置有PEEK材料压片（49），PEEK材料压片（49）左侧放置有四氟材料密封件（50），四氟材料密封件（50）左侧放置有PEEK材料下垫片（51），其中所述的PEEK材料压片（49）、四氟材料密封件（50）和PEEK材料下垫片（51）的中心轴线在同一水平直线上，可在PEEK材料压片（49）、四氟材料密封件（50）和PEEK材料下垫片（51）上钻取若干个孔，个数根据需要而定，钻取孔时需保证在同一水平直线上，漆泡线（52）通过孔与PEEK材料压片（49）、四氟材料密封件（50）和PEEK材料下垫片（51）相连接，其中在同一层漆泡线当中，一根为公共输入端，其它为输出端；

所述的活塞（27）形状为中空T形，T形的横部上端面具有一定厚度的金属网二（53），金属网二（53）周围与T形的横部上端面通过焊接连接，金属网二（53）通过垂直孔四（54）与下加水口（55）相通，T形的横部通过O形圈四（56）、O形圈五（57）与煤样罐筒体（25）内壁相接触，T形圆柱竖直部分一段高度为光滑平面，T形圆柱竖直部分最低的一段为六角螺母（58）；

所述的煤样罐下盖（28）下端面均匀布置有六个内六角螺栓孔四（59），六个内六角螺栓孔四（59）与煤样罐筒体（25）的下端面六个内六角螺栓孔三（45）通过第二内六角螺栓（60）形成配套连接，内六角螺栓孔四（59）内侧设有中心孔一（61），中心孔一（61）与活塞（27）的T形竖直圆柱等直径，中心孔一（61）侧壁设有O形圈六（62），O形圈六（62）与活塞（27）的T形竖直圆柱形成挤压密封，中心孔一（61）的左侧设有垂直孔五（63），垂直孔五（63）与覆压加载口（64）相通，覆压加载口（64）通过管路与覆压加载装置相连接；

所述的煤样罐支架（29）上端面设置有中心孔二（65），中心孔二（65）与活塞（27）的T形竖直光滑圆柱形等直径，煤样罐下盖（28）及活塞（27）的T形竖直圆柱通过煤样罐支架的中心孔二（65）放置在煤样罐支架（29）上，煤样罐支架（29）放置在恒温箱（127）内。

本实施例中，所述的等压加水装置包括平流泵、储水罐、加水活塞容器、阀门及管路，储水罐（66）通过管路与平流泵（67）连接，平流泵（67）通过管路与阀门七（68）相连接，阀门七（68）与四通三（69）的下端口相连接，四通三（69）的上端口与加水活塞容器（70）下进口（82）相连，四通三（69）的右端口与阀门八（71）相连接，阀门八（71）通过管路与上加水口（30）相连接，四通三（69）的左端口与阀门九（72）相连接，阀门九（72）通过管路与三通四（73）的上端口连接，三通四（73）的下端口通过管路与下加水口（55）相连接，三通四（73）的左端口与阀门十（74）相连接，阀门十（74）与三通五（75）的右端口相连，三通五（75）的下端口通过管路与三通六（76）的上端口相连接，三通六（76）的右端口与阀门十一（77）相连接，阀门十一（77）通过管路与解吸口（33）相连接，三通五（75）的上端口通过管路与阀门十二（78）相连接，阀门十二（78）与三通七（79）的左端口连接，三通七（79）的右端口与阀门十三（80）相连接，三通七（79）的下端口加水活塞容器（70）与上进口（81）相连；

其中所述的加水活塞容器（70）包括筒体（83）、加水活塞容器上盖（84）、加水活塞容器下盖（85）、堵头（86）、加水活塞（87）、中空定容杆（88）、拉杆一（89）、拉杆二（94）、并帽一（90）、并帽二（91）、法兰（92），筒体（83）上端通过螺纹与加水活塞容器上盖（84）形成固定连接，加水活塞容器上盖（84）上端面中心设有孔一（97），中心孔外侧有两个带螺纹的孔二（93）、（95），孔二（93）和孔三（95）分别与拉杆二（94）、拉杆一（89）形成固定连接，拉杆二（94）和拉杆一（89）关于加水活塞容器上盖（84）中心对称，拉杆一（89）通过螺母（98）与法兰（92）中的孔四（99）形成固定连接，筒体（83）下端通过螺纹与加水活塞容器下盖（85）形成固定连接，加水活塞容器下盖（85）中心设有孔五（100），堵头（86）通过孔五（100）与加水活塞容器下盖（85）形成配套连接，堵头（86）通过密封环一（101）与筒体（83）内壁形成挤压密封，堵头（86）上端面是凹形的，堵头（86）上端面设有孔口一（102），堵头（86）下端面设有孔口（82），孔口（82）与四通三（69）的上端口连接，孔口（82）与孔口一（102）相通，堵头（86）的上方设有中空可移动的加水活塞（87），加水活塞（87）的侧壁设有密封环二（103）及密封环三（104），密封环二（103）及密封环三（104）与筒体（83）内壁形成挤压密封，加水活塞（87）的上端面孔口二（105）与中空定容杆（88）的下部固定连接，处于加水活塞容器上盖（84）上端面以下的中空定容杆（88）是光滑面，处于加水活塞容器上盖（84）上端面以上的中空定容杆（88）是螺纹面，并帽二（91）位于法兰（92）的下部，通过螺纹与中空定容杆（88）形成配套连接，并帽一（90）位于法兰（92）的上部，通过螺纹与中空定容杆（88）形成配套连接，中空定容杆（88）上部孔口（81）通过管路与三通七（79）的下部端口连接。

本实施例中，所述的等压解吸装置包括阀门、回压阀、管路、压力传感器、三通、手摇泵及手摇泵储水罐，阀门十四（106）一端通过管路与三通六（76）的左端口相连，阀门十四（106）另一端与回压阀（107）的进气口（108）相连接，回压阀（107）的出气口（109）通过管路与解吸仪（110）相连接，回压阀（107）的进水口（111）与四通四（112）的左端口相连，四通四（112）的下端口与传感器（113）相连接，四通四（112）的左端口与阀门十五（114）相连接，阀门十五（114）与手摇泵（115）相连接，手摇泵（115）与阀门十六（116）相连接，阀门十六（116）与手摇泵储水罐（117）相连。

本实施例中，所述的电阻测试装置包括多通道的电阻测试仪（118），电阻测试线（119）及快速接头（120），快速接头（120）与漆泡线（52）通过螺丝固定连接，快速接头通过电阻测试线（119）与多通道的电阻测试仪（118）连接，电阻测试仪（118）通过信号线与控制系统（200）连接。

本实施例中，所述的覆压加载装置包括管路、三通、覆压加载传感器、覆压加载泵及储油罐，三通八（121）的左端口与覆压加载口（64）相连接，三通八（121）的上端口与覆压加载传感器（122）相连接，三通八（121）的左端口与阀门十七（123）相连接，阀门十七（123）与覆压加载泵（124）相连接，覆压加载泵（124）与阀门十八（125）相连接，阀门十八（125）与储油罐（126）相连接。

本实施例中，所述的型煤压制装置包括伺服控制机构（128）、带螺纹的柱子（129）、上压板（130）、下压板（131）、台面（132）、空壳箱体（133）、液压千斤顶（134）、压力头（135）及型煤模具（136），伺服控制机构（128）通过油管与液压千斤顶（134）连接，液压千斤顶（134）与台面（132）的中心固定连接，台面（132）与空壳箱体（133）固定连接，台面（132）与下压板（131）固定连接，下压板（131）中心设置有凹槽（137），上压板（130）通过螺纹与带螺纹的柱子（129）连接，带螺纹的柱子（129）与地面（138）固定连接，其中所述的型煤模具（136）由煤样罐筒体（25）及煤样罐上盖（24）组成。

本实施例中，所述的控制系统为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统，且所述控制系统另设网络通讯装置。

测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统的测试方法，包括以下步骤：

本新型在具体实施中，包括以下步骤：

S1，设备组装，首先将构成本实用新型的气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀及控制系统进行连接，同时将控制系统分别与外部驱动电路和数据传输网络系统连接，完成本新型装配组网备用；

S2，从工作面取回的新鲜煤样进行粉碎，粉碎后进行筛选，筛选出粒径为0~0.25mm的煤样，将筛选出粒径为0~0.25mm的煤样放置在干燥箱中进行干燥，并设置干燥箱温度为105℃，每隔0.5小时测试颗粒煤的质量，直至质量不再发生变化，然后放入干燥器中冷却、备用；称取一定质量（m₁）上述已经干燥过的煤样，添加20%的蒸馏水，均匀搅拌，均匀搅拌后的煤样为m₁*（1+20%），将煤样罐筒体（25）与煤样罐上盖（24）通过第一内六角螺栓（40）固定，然后倒置，即为型煤模具（136）；

S3，将均匀搅拌后的部分湿润煤样加入型煤模具（136）中，加入完毕后，将压力头（135）插入型煤模具（136）中上下捣压，进行预压实，将压力头（135）留置在型煤模具（136）中，同时并称量剩余煤样的质量（m₂），加入煤样的质量为m₁*（1+20%）-m₂；

S4，将伺服万能试验机的上压板（130）将低，直至距离压力头（135）的上端面2mm，停止下降，启动伺服控制机构（128），设置压制负荷（）及稳压时间20min，点击开始测试按钮，下压板（131）在液压千斤顶（134）的作用下向上移动，达到设置的压力时，进入稳压阶段，当压力降低时，伺服万能试验机将自动补荷，当压力升高时，伺服万能试验机将自动降荷；

S5，当稳压时间结束后，伺服万能试验机自动卸压，压力头（135）上端面与压力板（130）自动分离，当伺服万能试验机完全卸压后，停止伺服控制机构（128），把型煤模具（136）从伺服万能试验机中取出，把压力头（135）从型煤模具（136）中取出，采用刻度尺插入型煤模具（136）中，读出刻度尺距离型煤模具孔口的刻度h₁，由于型煤模具高度h₂已知，以压制煤样的高度为h₁-h₂，每毫米煤样的质量为（1.2*m₁-m₂）/（h₁-h₂）/10；

S6，由于插线密封组合件第一个连接孔下边缘距型煤模具孔底高度（h₃）已知，可计算出型煤煤样上表面距插线密封组合件第一个连接孔下边缘距离h₃-（h₁-h₂）；

S7，向型煤模具中再次加入一定质量的煤样[（1.2*m₁-m₂）/（h₁-h₂）]*[h₃-（h₁-h₂）]*10，重复上述步S3~S7；

S8，在PEEK材料压片（49）、四氟材料密封件（50）和PEEK材料下垫片（51）上打孔中，孔的个数可以根据需要而定，孔的个数即为漆泡线的根数，这里以3孔和4孔的穿线密封组合件（52）进行说明，将穿过漆泡线的PEEK材料压片（49）、四氟材料密封件（50）和PEEK材料下垫片（51）插入电极接头（47）中，然后再放入上垫片（48），把压帽（46）拧进电极接头（47）并压紧，同时把另一套穿线密封组合件插入煤样罐筒体（25）同一层的另一孔中并拧紧，采用长镊子按照十字交叉形的方式对7根漆泡线进行布置，其中一根线作为公共输入端位于中心位置，其它6根为输出端；

S9，按照以上步骤，从下向上依次压制煤样并布置电阻测点，煤样压制完成以后，将其放入干燥箱中进行干燥，干燥完成冷却后，将活塞（27）放置在煤样罐筒体（25）中，其次将煤样罐下盖（28）与煤样罐筒体（25）通过第二内六角螺栓（60）固定，把连接好的煤样罐倒置放在煤样罐支架（29）上，将上加水口（30）、注气口（32）、解吸口（33）、覆压加载口（64）分别与管路连接，同时将漆泡线（52）与快速接头（120）连接；

S10，打开恒温箱（127）的电源开关，设置其温度为T，打开覆压加载泵（124）的开关，设定覆压（），打开阀门十八（125）覆压加载泵（62）开始吸乳化液，吸乳化液完毕后关闭阀门十八（125），打开阀门（61），当传感器（122）的示数等于（）时，覆压加载泵停止工作，当传感器（60）的示数小于（）时，覆压加载泵继续工作，保持覆压一直为（）；

S11，关闭管路中所有阀门（2）、（12）、（6）、（16）、（20）、（23）、（71）、（72）、（73）、（78）、（80）、（74）、（77）、（108）、（123）、（114）、（125）及（116），打开氦气瓶（10）的阀门，然后调节减压阀（11），使减压阀（11）的出口压力等于P₁，打开阀门三（12），向缓冲罐二（13）冲入一定量的气体，待压力传感器二（15）示数稳定后，读出其示数（P₁），关闭阀门三（12），打开阀门四（16）、阀门十（74）、阀门十一（77），缓冲罐二（13）中的气体充入煤样罐装置，待压力传感器二（15）示数稳定后，读出其示数（P₂），阀门三（12）至阀门四（16）之间的体积（V₁）已事先标定好，按照公式P₁V₁/Z₁=P₂V₂/Z₂可计算出V₂，Z₁、Z₂分别为P₁、P₂压力状态下的压缩因子，V₂-V₁即为阀门四（16）、（6）、（20）、（71）、（72）、（108）、（78）之间的游离体积，打开阀门六（23），放出管路中的气体，关闭阀门四（16）、（23）、（74）及（77）；

S12，打开阀门五（20）、阀门十（74）、阀门十一（77），启动真空泵（17），直至复合式真空计（18）的示数显示为10Pa以下，关闭阀门五（20），关闭真空泵（17），打开甲烷瓶（1）的阀门，打开阀门一（2），向缓冲罐一（3）冲入一定量的气体，读出压力传感器一（5）示数（P₃），关闭阀门一（2），打开阀门二（6），向煤样罐装置内充气，读出充气后压力传感器一（5）的示数（P₄），关闭阀门二（6），经过一段时间的吸附，观察煤样罐内的压力是否达到吸附平衡压力，如果达不到吸附平衡压力，继续向煤样罐装置内充气，并记录压力传感器一（5）的示数（P_n），则吸附的甲烷量为，其中Z₃、分别为、P _n压力状态下的压缩因子，V是已知的，其为阀门一（2）到阀门（3）之间的体积；

S13，根据煤样的质量及加水百分比计算出加水质量m3，在平流泵（67）LED显示面板中设置加水量m3，启动平流泵（67），打开阀门（73）、（80），当阀门十三（80）出口将要有水流出时，说明中空定容杆（88）、加水活塞（87）、堵头（86）内的空间已被水储满，关闭阀门十三（80），由于水的不可压缩性，水推动加水活塞（87）向上移动，加水活塞（87）停止移动后，将并帽二（91）、并帽一（90）分别拧至法兰（92）下端面、上端面固定中空定容杆（88）；

S14，打开阀门十六（116），逆时针转动手摇泵（115），手摇泵（115）开始吸水，吸水完毕后关闭阀门十六（116），打开阀门十五（114），顺时针转动手摇泵（115），水进入回压阀（107），当传感器（113）的示数等于吸附平衡压力P_n时，停止转动手摇泵（115），关闭阀门十五（114）；

S15，向煤样罐系统加水的方式有上加水和下加水两种：

第一种，当采用上加水时，气体从煤样罐装置下边解吸，关闭阀门十一（77），打开阀门十二（78），由于水的不可压缩性，煤样罐和加水活塞容器成为一体，此时体系压力仍为吸附平衡压力，打开多通道的电阻测试仪（118）、打开阀门八（71），加水活塞容器内的水在自身重力的作用下通过上加水口（30）进入煤样罐系统，等压加水后水在煤体内发生渗吸效应，煤样罐装置内压力升高，当煤样罐装置内压力大于传感器（115）的压力式，回压阀打开，气体通过下加水口（55）、三通四（73）、阀门十（74）、三通五（75）、三通六（76）、阀门十四（106）、回压阀（107）进入解吸仪（110），多通道的电阻测试仪（118）同时也可测得自上向下渗吸过程中每层6根输出端与公共输入端之间的电阻，通过电阻率计算公式ρ=RS/L，其中ρ为电阻率，R为电阻，S为截面积，L为长度；

第二种，当采用下加水时，气体从煤样罐装置上边解吸，关闭阀门十（74），打开阀门十二（78），由于水的不可压缩性，煤样罐和加水活塞容器成为一体，此时体系压力仍为吸附平衡压力，打开多通道的电阻测试仪（118）、打开阀门九（72），加水活塞容器内的水在自身重力的作用下通过下加水口（55）进入煤样罐系统，等压加水后水在煤体内发生渗吸效应，煤样罐装置内压力升高，当煤样罐装置内压力大于传感器（115）的压力式，回压阀打开，气体通过解吸口（33）、阀门十一（77）、三通六（76）、阀门十四（106）、回压阀（107）进入解吸仪（110），多通道的电阻测试仪（118）同时也可测得自下向上渗吸过程中每层6根输出端与公共输入端之间的电阻，通过电阻率计算公式ρ=RS/L，其中ρ为电阻率，R为电阻，S为截面积，L为长度；

S16，得出覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中电阻率分后，通过已有的含水率与电阻率的对应关系，反演得出覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布。

本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制。上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理。在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进。这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统包括气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀及控制系统，其中所述煤样罐装置与等压加水装置间通过导流管相互串联，且所述煤样罐装置与等压加水装置均通过导流管分别与气调装置、等压解吸装置相互连通，其中所述等压解吸装置与煤样罐装置之间的覆压加载装置相互连通，所述煤样罐装置另通过导线与电阻测试装置电气连接，所述导流管上均布若干控制阀，并通过控制阀分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置及覆压加载装置相互连通，所述控制系统通过导线分别与气调装置、煤样罐装置、等压加水装置、等压解吸装置、电阻测试装置、覆压加载装置、型煤压制装置、控制阀电气连接。

2.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：气调装置包括甲烷充气机构、氦气标定机构和真空脱气机构；

其中所述的甲烷充气机构包括高压甲烷瓶、阀门、缓冲罐、三通、压力传感器、管路以及信号线，高压甲烷瓶（1）通过管路与阀门一（2）相连，阀门一（2）通过管路与缓冲罐一（3）相连，缓冲罐一（3）通过管路与三通一（4）的右端口相连，三通一（4）的下端口与压力传感器一（5）相连，压力传感器一（5）通过信号线与控制系统（200）相连，三通一（4）的左端口通过管路与阀门二（6）相连，阀门二（6）通过管路与四通一（9）的右端口相连；

3.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的煤样罐装置包括煤样罐上盖（24）、煤样罐筒体（25）、穿线密封组合件（26）、活塞（27）、煤样罐下盖（28）及煤样罐支架（29）；

4.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的等压加水装置包括平流泵、储水罐、加水活塞容器、阀门及管路，储水罐（66）通过管路与平流泵（67）连接，平流泵（67）通过管路与阀门七（68）相连接，阀门七（68）与四通三（69）的下端口相连接，四通三（69）的上端口与加水活塞容器（70）下进口（82）相连，四通三（69）的右端口与阀门八（71）相连接，阀门八（71）通过管路与上加水口（30）相连接，四通三（69）的左端口与阀门九（72）相连接，阀门九（72）通过管路与三通四（73）的上端口连接，三通四（73）的下端口通过管路与下加水口（55）相连接，三通四（73）的左端口与阀门十（74）相连接，阀门十（74）与三通五（75）的右端口相连，三通五（75）的下端口通过管路与三通六（76）的上端口相连接，三通六（76）的右端口与阀门十一（77）相连接，阀门十一（77）通过管路与解吸口（33）相连接，三通五（75）的上端口通过管路与阀门十二（78）相连接，阀门十二（78）与三通七（79）的左端口连接，三通七（79）的右端口与阀门十三（80）相连接，三通七（79）的下端口加水活塞容器（70）与上进口（81）相连；

其中所述的加水活塞容器（70）包括筒体（83）、加水活塞容器上盖（84）、加水活塞容器下盖（85）、堵头（86）、加水活塞（87）、中空定容杆（88）、拉杆一（89）、拉杆二（94）、并帽一（90）、并帽二（91）、法兰（92），筒体（83）上端通过螺纹与加水活塞容器上盖（84）形成固定连接，加水活塞容器上盖（84）上端面中心设有孔一（97），中心孔外侧有两个带螺纹的孔二（93）、孔三（95），孔二（93）和孔三（95）分别与拉杆二（94）、拉杆一（89）形成固定连接，拉杆二（94）和拉杆一（89）关于加水活塞容器上盖（84）中心对称，拉杆一（89）通过螺母（98）与法兰（92）中的孔四（99）形成固定连接，筒体（83）下端通过螺纹与加水活塞容器下盖（85）形成固定连接，加水活塞容器下盖（85）中心设有孔五（100），堵头（86）通过孔五（100）与加水活塞容器下盖（85）形成配套连接，堵头（86）通过密封环一（101）与筒体（83）内壁形成挤压密封，堵头（86）上端面是凹形的，堵头（86）上端面设有孔口一（102），堵头（86）下端面设有下进口（82），下进口（82）与四通三（69）的上端口连接，下进口（82）与孔口一（102）相通，堵头（86）的上方设有中空可移动的加水活塞（87），加水活塞（87）的侧壁设有密封环二（103）及密封环三（104），密封环二（103）及密封环三（104）与筒体（83）内壁形成挤压密封，加水活塞（87）的上端面孔口二（105）与中空定容杆（88）的下部固定连接，处于加水活塞容器上盖（84）上端面以下的中空定容杆（88）是光滑面，处于加水活塞容器上盖（84）上端面以上的中空定容杆（88）是螺纹面，并帽二（91）位于法兰（92）的下部，并帽一（90）位于法兰（92）的上部，并帽二（91）与并帽一（90）均通过螺纹与中空定容杆（88）形成配套连接，中空定容杆（88）上进口（81）通过管路与三通七（79）的下部端口连接。

5.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的等压解吸装置包括阀门、回压阀、管路、压力传感器、三通、手摇泵及手摇泵储水罐，阀门十四（106）一端通过管路与三通六（76）的左端口相连，阀门十四（106）另一端与回压阀（107）的进气口（108）相连接，回压阀（107）的出气口（109）通过管路与解吸仪（110）相连接，回压阀（107）的进水口（111）与四通四（112）的左端口相连，四通四（112）的下端口与传感器（113）相连接，四通四（112）的左端口与阀门十五（114）相连接，阀门十五（114）与手摇泵（115）相连接，手摇泵（115）与阀门十六（116）相连接，阀门十六（116）与手摇泵储水罐（117）相连。

6.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的电阻测试装置包括多通道的电阻测试仪（118），电阻测试线（119）及快速接头（120），快速接头（120）与漆泡线（52）通过螺丝固定连接，快速接头通过电阻测试线（119）与多通道的电阻测试仪（118）连接，电阻测试仪（118）通过信号线与控制系统（200）连接。

7.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的覆压加载装置包括管路、三通、覆压加载传感器、覆压加载泵及储油罐，三通八（121）的左端口与覆压加载口（64）相连接，三通八（121）的上端口与覆压加载传感器（122）相连接，三通八（121）的左端口与阀门十七（123）相连接，阀门十七（123）与覆压加载泵（124）相连接，覆压加载泵（124）与阀门十八（125）相连接，阀门十八（125）与储油罐（126）相连接。

8.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的型煤压制装置包括伺服控制机构（128）、带螺纹的柱子（129）、上压板（130）、下压板（131）、台面（132）、空壳箱体（133）、液压千斤顶（134）、压力头（135）及型煤模具（136），伺服控制机构（128）通过油管与液压千斤顶（134）连接，液压千斤顶（134）与台面（132）的中心固定连接，台面（132）与空壳箱体（133）固定连接，台面（132）与下压板（131）固定连接，下压板（131）中心设置有凹槽（137），上压板（130）通过螺纹与带螺纹的柱子（129）连接，带螺纹的柱子（129）与地面（138）固定连接，其中所述的型煤模具（136）由煤样罐筒体（25）及煤样罐上盖（24）组成。

9.根据权利要求1所述的测试覆岩条件下含瓦斯煤渗吸过程中水分分布系统，其特征在于：所述的控制系统为基于工业计算机、个人计算机中任意一种或两种共用为基础的电路系统，且所述控制系统另设网络通讯装置。