CN215292596U - 一种煤芯体积复原的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤芯体积复原的装置，包括注水机构、注油机构、恒速恒压泵、活塞容器和煤样罐，注水机构和注油机构均与恒速恒压泵的进液端相连通，活塞容器与煤样罐的结构相同，活塞容器与煤样罐均包括罐体、罐盖、活塞、上进液口和下进液口，罐体与罐盖法兰连接形成密闭腔体，活塞与罐体的内壁紧密配合，活塞容器的活塞上设置有位移传感器，恒速恒压泵的出液端通过管路与活塞容器的上进液口和下进液口相连通，恒速恒压泵的出液端通过管路与煤样罐的上进液口和下进液口相连通；本实用新型采用带活塞的活塞容器和煤样罐，对煤芯实施游离空间的压缩与充填，能精确的对煤芯体积进行了复原，使其恢复到煤芯采集前的原位体积。

Description

一种煤芯体积复原的装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿安全技术领域，特别是一种煤芯体积复原的装置。

背景技术

瓦斯压力在煤与瓦斯突出发生、发展过程中起着非常重要的作用，是煤层突出危险性预测、评价、区域消突措施效果检验的首选指标。用瓦斯压力检验区域防突效果时，要求所测压力为残余瓦斯压力，但由于煤层预抽瓦斯后，煤层内部已经形成联通的裂隙网，区域效果检验测得的压力并不是残余瓦斯含量对应的残余瓦斯压力，而是煤层内部瓦斯流动阻力甚至是抽采负压；而现有的瓦斯压力测定方法，是通过钻孔封孔的方式来测定瓦斯压力，该方法不适用于采取抽采措施后的煤层瓦斯压力的测定；于是提出了煤层瓦斯压力免封孔测试方法，其基本原理是基于瓦斯压力测试煤样由井下煤层赋存条件到装入实验煤样罐后发生三个变化：一是煤样被揭露到装入煤样罐的取样过程中，煤体瓦斯解吸导致瓦斯量漏失；二是煤体由井下煤层围压条件下的致密块状形态装入煤样罐后煤体破碎膨胀变为松散的颗粒状态，取样前后煤样所占据的死空间体积发生了改变；三是煤样前后两种状态所处环境温度由井下煤层温度变为实验室环境温度。免封孔煤层瓦斯压力测试技术针对煤样前后发生的三种不同变化分别进行煤样漏失瓦斯量补偿，煤芯体积复原以及人工模拟煤体储层温度来复原煤层赋存条件下的瓦斯压力。而这三个环节中漏失瓦斯量补偿及煤体储层温度模拟很容易实现，因此，如何复原煤芯体积成为了重中之重。

发明内容

为了克服上述不足，本实用新型提供一种煤芯体积复原的装置，目的是实现煤芯体积的精确复原, 使其恢复到煤芯采集前的原位体积。

为达到上述目的，本实用新型是按照以下技术方案实施的：

一种煤芯体积复原的装置，包括注水机构、注油机构、恒速恒压泵、活塞容器和煤样罐，所述注水机构和注油机构均与恒速恒压泵的进液端相连通，所述活塞容器与煤样罐的结构相同，所述活塞容器与煤样罐均包括罐体、罐盖、活塞、上进液口和下进液口，所述罐体与罐盖法兰连接形成密闭腔体，所述活塞与罐体的内壁紧密配合，所述上进液口位于罐盖的顶部，所述下进液口位于罐体的底部，所述活塞容器的活塞上设置有位移传感器，所述恒速恒压泵的出液端通过管路与活塞容器的上进液口和下进液口相连通，以向活塞容器内注入液体，所述恒速恒压泵的出液端通过管路与煤样罐的上进液口和下进液口相连通，以向煤样罐内注入液体；

进一步的，所述活塞容器与煤样罐的上进液口和下进液口上均设置有试液阀门，所述试液阀门包括阀门本体、试液腔、与试液腔相连通的第一进液口、试液口、第一排液口、与试液口相适配的第一旋紧阀、与第一排液口相适配的第二旋紧阀；

进一步的，所述注水机构包括储水杯和输水管，所述储水杯与输水管相连通；

进一步的，所述注油机构包括储油杯和输油管，所述储油杯和输油管相连通；

进一步的，所述恒速恒压泵的进液端连通有进液管、出液端连通有排液管，所述输水管和输油管通过三通接头与恒速恒压泵的进液管相连通；

进一步的，所述排液管通过三通接头分别连接有第一进液管和第二进液管，所述第一进液管连接活塞容器的下进液口，所述第二进液管通过三通接头连接有第三进液管和第四进液管，所述第三进液管与煤样罐的上进液口相连通，所述第四进液管与煤样罐的下进液口相连通；

进一步的，所述第四进液管上通过接头连接有第五进液管，所述第五进液管与活塞容器的上进液口相连通；

进一步的，所述输水管、输油管、第一进液管、第二进液管、第三进液管、第四进液管、第五进液管上均设置有阀门。

一种煤芯体积复原的装置的使用方法，包括以下步骤：

Step1，利用公式∆V=V ₀-m/ARD计算煤样的死体积增量，其中，∆V为煤样的死体积增量，V ₀为煤样罐的体积；m为煤样的质量；ARD为煤样的密度；

Step2，游离空间的压缩：首先打开恒速恒压泵的吸液阀以及输油管的阀门，待恒速恒压泵吸满水后关闭吸液阀，然后打开第二进液管上的阀门、第三进液管上的阀门、煤样罐上进液口试液阀门和恒速恒压泵排液阀，先向第二进液管上的阀门到第三进液管上的阀门、第三进液管上的阀门到煤样罐上进液口的第二旋紧阀段管路注满水，待煤样罐上端试液阀门的试液口有液体流出时，迅速关闭煤样罐上端试液阀门的第一旋紧阀和第二旋紧阀，并打开活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀和活塞容器上端试液阀门的第二旋紧阀，持续向活塞容器上端注液推动活塞下移，然后关闭第二进液管的阀门、活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀和恒速恒压泵排液阀；将恒速恒压泵设置为恒压注液模式，并打开恒速恒压泵的排液阀、活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀和煤样罐上端试液阀门的第二旋紧阀，通过向活塞容器下端注液推动活塞上移实现向煤样罐上端液压室定量注液推动煤样罐活塞下移来压缩煤样的死体积增量，当恒速恒压泵当前压力达到初始设定值且注液流速稳定为零时，停止注液，关闭煤样罐上端试液阀门的第二旋紧阀、活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀和恒速恒压泵排液阀及输水管阀门；死体积补偿量根据活塞容器的上腔底面积S和位移传感器移动距离∆H₁由式V ₁ =S×∆H ₁即可求得；

Step3，游离空间的填充V ₂ ：首先，打开恒速恒压泵的吸液阀及输油管阀门，将泵体吸满具有不可压缩性且不被煤体吸附的液体材料（例如：硅油、有机油、无机油等）后关闭吸液阀，然后打开第二进液管阀门、第四进液管阀门、煤样罐下端的试液阀门、和恒速恒压泵排液阀，先向第二进液管阀门到第四进液管阀门和阀门第四进液管阀门到煤样罐下端的试液阀门段管路注满具有不可压缩性且不被煤体吸附的液体材料，待煤样罐下端的试液阀门试液口处有液体流出时，迅速关闭煤样罐下端的试液阀门，并打开活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀17和活塞容器上端试液阀门的第二旋紧阀，向活塞容器上端注液推动活塞下移至对应刻度H ₂ ，待H ₂ =V ₂ /S时，立即关闭阀门第二进液管阀门、活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀和恒速恒压泵排液阀；接着打开阀门活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀、煤样罐下端试液阀门的第二旋紧阀和恒速恒压泵排液阀，向活塞容器下端注液推动活塞上移向煤样罐下腔煤样室定量注液，持续注液至煤样罐活塞移动至最顶端位置，关闭阀门活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀、第四进液管阀门、煤样罐下端试液阀门的第二旋紧阀和恒速恒压泵排液阀，完成瓦斯压力测试煤样的死体积增量差值补偿V ₂ ，同时也实现了煤芯体积状态复原。

与现有技术相比，本实用新型的煤芯体积复原的装置具备以下有益效果；

本实用新型采用了带活塞的活塞容器和煤样罐，对煤芯实施游离空间的压缩与游离空间的充填，能精确的对煤芯体积进行了复原，使其恢复到了原始体积，通过对煤芯体积的复原，为免封孔煤层瓦斯压力测定技术提供重要保证，通过该测压技术又可以为矿井煤层瓦斯压力及区域消突措施效果检验时残余瓦斯压力的准确获取提供了一种快速、简便的新途径，在高压测瓦斯含量时，通过对煤芯体积的复原，可以对吸附常数ab值的推算提供精确的数值。

本实用新型设计了试液阀门，在向活塞容器或煤样罐内注液时，试液阀门的试液口不仅可以起到排气的作用，而且可以监测到管路内是否充满了液体，为煤芯的精确填充提供了必要条件。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的试液阀门结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步描述，在此实用新型的示意性实施例以及说明用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示的一种煤芯体积复原的装置，包括注水机构、注油机构、恒速恒压泵1、活塞容器2和煤样罐3，所述注水机构和注油机构均与恒速恒压泵1的进液端相连通，所述活塞容器2与煤样罐3的结构相同，所述活塞容器2与煤样罐3均包括罐体21、罐盖22、活塞23、上进液口24和下进液口25，所述罐体21与罐盖22法兰连接形成密闭腔体，所述活塞23与罐体21的内壁紧密配合，活塞上可以设置小型提手，方便煤样的存放，所述上进液口24位于罐盖22的顶部，所述下进液口25位于罐体21的底部，所述活塞容器2的活塞23上设置有位移传感器27，所述恒速恒压泵1的出液端通过管路与活塞容器2的上进液口24和下进液口25相连通，以向活塞容器2内注入液体，所述恒速恒压泵1的出液端通过管路与煤样罐3的上进液口24和下进液口25相连通，以向煤样罐3内注入液体。

如图2所示，在本实施例中，所述活塞容器2与煤样罐3的上进液口24和下进液口25上均设置有试液阀门26，所述试液阀门26包括阀门本体261、试液腔262、与试液腔262相连通的第一进液口263、试液口264、第一排液口265、与试液口264相适配的第一旋紧阀266、与第一排液口265相适配的第二旋紧阀267；在向活塞容器2或煤样罐3内注液时，试液阀门26的试液口264不仅可以起到排气的作用，而且可以监测到管路内是否充满了液体，为煤芯的精确填充提供了必要条件。

如图1所示，在本实施例中，所述注水机构包括储水杯4和输水管5，所述储水杯4与输水管5相连通；所述注油机构包括储油杯6和输油管7，所述储油杯6和输油管7相连通。

如图1所示，在本实施例中，所述恒速恒压泵1的进液端连通有进液管8、出液端连通有排液管9，所述输水管5和输油管7通过三通接头与恒速恒压泵1的进液管8相连通。

如图1所示，在本实施例中，所述排液管9通过三通接头分别连接有第一进液管10和第二进液管11，所述第一接液管10通过连接活塞容器2的下进液口25，所述第二进液管11通过三通接头连接有第三进液管12和第四进液管13，所述第三进液管12与煤样罐3的上进液口24相连通，所述第四进液管13与煤样罐3的下进液口25相连通；所述第四进液管13上通过接头连接有第五进液管14，所述第五进液管14与活塞容器2的上进液口24相连通。

如图1所示，在本实施例中，所述输水管5、输油管7、第一进液管10、第二进液管11、第三进液管12、第四进液管13、第五进液管14上均设置有阀门15。

一种煤芯体积复原的装置的使用方法，包括以下步骤：

Step1，利用公式∆V=V ₀-m/ARD计算煤样的死体积增量，其中，∆V为煤样的死体积增量，V ₀为煤样罐的体积；m为煤样的质量；ARD为煤样的密度；

Step2，游离空间的压缩：首先打开恒速恒压泵的吸液阀以及输油管7的阀门，待恒速恒压泵吸满水后关闭吸液阀，然后打开第二进液管上的阀门、第三进液管上的阀门、煤样罐上进液口的试液阀门和恒速恒压泵排液阀，先向第二进液管上的阀门到第三进液管上的阀门、第三进液管上的阀门到煤样罐上进液口的第二旋紧阀段管路注满水，待煤样罐上端试液阀门的试液口有液体流出时，迅速关闭煤样罐上端试液阀门的第一旋紧阀和第二旋紧阀，并打开活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀和活塞容器上端试液阀门的第二旋紧阀，持续向活塞容器上端注液推动活塞下移，然后关闭第二进液管的阀门、活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀和恒速恒压泵排液阀；将恒速恒压泵设置为恒压注液模式，并打开恒速恒压泵的排液阀、活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀和煤样罐上端试液阀门的第二旋紧阀，通过向活塞容器下端注液推动活塞上移实现向煤样罐上端液压室定量注液推动煤样罐活塞下移来压缩煤样的死体积增量，当恒速恒压泵当前压力达到初始设定值且注液流速稳定为零时，停止注液，关闭煤样罐上端试液阀门的第二旋紧阀、活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀和恒速恒压泵排液阀及输水管阀门；死体积补偿量根据活塞容器的上腔底面积S和位移传感器移动距离∆H₁由式V ₁ =S×∆H ₁即可求得；

Step3，游离空间的填充V ₂ ：首先，打开恒速恒压泵的吸液阀及输油管阀门，将泵体吸满具有不可压缩性且不被煤体吸附的液体材料（例如：硅油、有机油、无机油等）后关闭吸液阀，然后打开第二进液管阀门、第四进液管阀门、煤样罐下端的试液阀门、和恒速恒压泵排液阀，先向第二进液管阀门到第四进液管阀门和阀门第四进液管阀门到煤样罐下端的试液阀门段管路注满具有不可压缩性且不被煤体吸附的液体材料，待煤样罐下端的试液阀门试液口处有液体流出时，迅速关闭煤样罐下端的试液阀门，并打开活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀17和活塞容器上端试液阀门的第二旋紧阀，向活塞容器上端注液推动活塞下移至对应刻度H ₂ ，待H ₂ =V ₂ /S时，立即关闭阀门第二进液管阀门、活塞容器下端试液阀门的第一旋紧阀和恒速恒压泵排液阀；接着打开阀门活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀、煤样罐下端试液阀门的第二旋紧阀和恒速恒压泵排液阀，向活塞容器下端注液推动活塞上移向煤样罐下腔煤样室定量注液，持续注液至煤样罐活塞移动至最顶端位置，关闭阀门活塞容器下端试液阀门的第二旋紧阀、第四进液管阀门、煤样罐下端试液阀门的第二旋紧阀和恒速恒压泵排液阀，完成瓦斯压力测试煤样的死体积增量差值补偿V ₂ ，同时也实现了煤芯体积状态复原。

本实用新型采用了带活塞的活塞容器和煤样罐，对煤芯实施游离空间的压缩与游离空间的充填，能精确的对煤芯体积进行了复原，使其恢复到了原始体积，通过对煤芯体积的复原，为免封孔煤层瓦斯压力测定技术提供重要保证，通过该测压技术又可以为矿井煤层瓦斯压力及区域消突措施效果检验时残余瓦斯压力的准确获取提供了一种快速、简便的新途径，在采用高压容量法测定瓦斯吸附等温线时，对煤芯体积进行复原，可以提高瓦斯吸附常数a，b值的测值可靠性。

本实用新型的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本实用新型的技术方案做出的技术变形，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤芯体积复原的装置，其特征在于，包括注水机构、注油机构、恒速恒压泵、活塞容器和煤样罐，所述注水机构和注油机构均与恒速恒压泵的进液端相连通，所述活塞容器与煤样罐的结构相同，所述活塞容器与煤样罐均包括罐体、罐盖、活塞、上进液口和下进液口，所述罐体与罐盖法兰连接形成密闭腔体，所述活塞与罐体的内壁紧密配合，所述上进液口位于罐盖的顶部，所述下进液口位于罐体的底部，所述活塞容器的活塞上设置有位移传感器，所述恒速恒压泵的出液端通过管路与活塞容器的上进液口和下进液口相连通，以向活塞容器内注入液体，所述恒速恒压泵的出液端通过管路与煤样罐的上进液口和下进液口相连通，以向煤样罐内注入液体。

2.根据权利要求1所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述活塞容器与煤样罐的上进液口和下进液口上均设置有试液阀门，所述试液阀门包括阀门本体、试液腔、与试液腔相连通的第一进液口、试液口、第一排液口、与试液口相适配的第一旋紧阀、与第一排液口相适配的第二旋紧阀。

3.根据权利要求2所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述注水机构包括储水杯和输水管，所述储水杯与输水管相连通。

4.根据权利要求3所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述注油机构包括储油杯和输油管，所述储油杯和输油管相连通。

5.根据权利要求4所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述恒速恒压泵的进液端连通有进液管、出液端连通有排液管，所述输水管和输油管通过三通接头与恒速恒压泵的进液管相连通。

6.根据权利要求5所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述排液管通过三通接头分别连接有第一进液管和第二进液管，所述第一进液管连接活塞容器的下进液口，所述第二进液管通过三通接头连接有第三进液管和第四进液管，所述第三进液管与煤样罐的上进液口相连通，所述第四进液管与煤样罐的下进液口相连通。

7.根据权利要求6所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述第四进液管上通过接头连接有第五进液管，所述第五进液管与活塞容器的上进液口相连通。

8.根据权利要求7所述的煤芯体积复原的装置，其特征在于，所述输水管、输油管、第一进液管、第二进液管、第三进液管、第四进液管、第五进液管上均设置有阀门。

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