CN107748081A - 模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置及测试装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置及测试装置和方法，所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置包括煤样瓦斯解吸装置、数据采集控制装置和模拟温控装置；所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸的测试装置，还包括通过三通管件与所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置连接的充气定量***和真空脱气***；其测试方法的步骤为：制备煤样、调试数据采集控制装置、气密性检查、真空脱气、充气吸附平衡、模拟解吸、数据记录。本发明模拟了低温环境下的取芯过程及该过程的热交换效应，进行低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸测试，实现了整个过程数据采集及处理的全部自动化；能够较好地还原现场低温取芯的全过程。
Description
技术领域
本发明涉及于矿井瓦斯防治技术领域，特别是涉及一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置及测试装置和方法。
背景技术
煤层瓦斯含量是煤矿治理的基础参数；在煤层瓦斯含量测试过程中，取样方式的不同也会影响煤层瓦斯含量的准确测定；目前大多采用取芯管取样的方法，该方法具有能够定点取样的优点，然而存在所取煤样一端长时间暴露，取芯管与煤层摩擦生热会引起煤样温度升高产生变质、加速煤样瓦斯解吸的问题；为了提高取样质量及瓦斯含量测定的准确性，克服取芯管与煤层摩擦生热而加速煤样解吸的问题，提出了低温取芯技术，即：在取样过程中，取芯管在制冷剂的作用下将煤芯温度持续降低到0℃以下，尽可能减小取芯过程的瓦斯解吸速率和漏失瓦斯量；但是，实际低温取芯过程的漏失瓦斯量没法实测，因此，为了准确推算低温取芯过程中煤芯瓦斯漏失量，需要有一套低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸测试方法与模拟装置。
发明内容
针对目前低温取芯过程的漏失瓦斯量没法实测，为了准确推算冷冻取芯过程中煤芯瓦斯漏失量，需要有一套低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸测试方法与模拟装置。
本发明的目的在于提供一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置及测试装置和方法，来解决这一问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置，包括煤样瓦斯解吸装置、数据采集控制装置和模拟温控装置；
所述煤样瓦斯解吸装置包括密封煤样罐（8）、连接密封煤样罐（8）和三通阀（21）的管线（801）、所述三通阀（21）的另外两个接口分别连接外部管线和解吸仪（17）；
所述模拟温控装置包括水浴加热槽（6）、设置在水浴加热槽（6）中的冷冻仓（7）和加热器（601）、以及温控装置，所述温控装置包括温度显示器（4）和无极调压器（5），所述温控装置与加热器（601）电气连接；
所述数据采集控制装置包括计算机（3）、设置于管线（801）上的压力传感器（13）、设置于密封煤样罐中的温度传感器（14）、设置于冷冻仓（7）中的温度传感器（15）和设置于水浴加热槽（6）中的温度传感器（16），所述计算机（3）分别电气连接压力传感器（13）、温度传感器（14）、温度传感器（15）、温度传感器（16）和所述温控装置。
一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸的测试装置，所述测试装置还包括通过三通管件与所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置连接的充气定量***和真空脱气***，所述充气定量***和三通管件之间设置有阀门（20），所述真空脱气***和三通管件之间设置有阀门（22）；
所述充气定量***由管线顺序连接的高压甲烷气瓶（1）、阀门（18）、压力表（11）、阀门（19）、充气罐（2）和连接阀门（20）的管线，所述管线上设置有压力表（12）；
所述真空脱气***包括真空泵（10）、连接真空泵（10）与阀门（22）的真空管线和设置在真空管线上的真空计（9）。
一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸的测试方法，包括以下步骤：
Step1.制备煤样：将所取原始煤样用粉碎机粉碎，筛选0.17～0.25mm的煤样，添加适量蒸馏水搅拌，将加水混合均匀的煤样装入自制的模具中，放在压力加载机上，施加60kN压力，压制30min，制成的型煤即为所需煤样；
Step2.调试数据采集***：确定温度传感器（14）、（15）、（16）和压力传感器（13）处于正常状态；
Step3.检查装置气密性：为了保证实验结果的准确性，实验开始前必须对设备气密性进行检查；充气后保持24h，观察煤样罐（8）内压力是否变化，若无变化，进行后续操作；若发生变化，对各个部位进行检测，采取措施进行密封并按上述步骤重新进行检测；
Step4.煤样真空脱气：打开真空泵（10），对煤样进行真空脱气，直至真空计（9）显示值为10Pa以下时进行后续操作；
Step5.充气吸附平衡：关闭煤样罐（8）充气脱气阀门（22）后，打开高压甲烷气瓶阀门（18），使充气罐（2）达到一定压力，并将煤样罐（8）放置于室温中，对充气罐（2）压力进行监测；当煤样罐（8）内压力保持12h不变时，认为煤样达到吸附平衡，进行后续操作；
Step6.模拟解吸：
在冷冻仓（7）内加入适量冷冻剂，然后将充气平衡后的煤样罐（8）放入冷冻仓（7）内，使其均匀环绕在煤样罐（8）周围，连接好数据采集***，监测煤样罐（8）环境、煤芯中央及冷冻仓（7）内温度变化及煤样罐（8）内压力变化；
将放置在冷冻仓（7）内的煤样罐（8）整体放入加热浴槽（6）中，加热浴槽（6）在设定程序下对其整体进行升温加热，使煤样在不同温度条件下解吸；
Step7.数据记录：在变温过程中，打开解吸仪（17）阀门，收集解吸气体每30s读取一次，数据共记录60min。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明能够本发明模拟了低温环境下的取芯过程及该过程的热交换效应，进行低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸测试，实现了整个过程数据采集及处理的全部自动化；能够较好地还原现场低温取芯的全过程。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
本发明描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置，包括煤样瓦斯解吸装置、数据采集控制装置和模拟温控装置；
所述煤样瓦斯解吸装置包括密封煤样罐（8）、连接密封煤样罐（8）和三通阀（21）的管线（801）、所述三通阀（21）的另外两个接口分别连接外部管线和解吸仪（17）；
所述模拟温控装置包括水浴加热槽（6）、设置在水浴加热槽（6）中的冷冻仓（7）和加热器（601）、以及温控装置，所述温控装置包括温度显示器（4）和无极调压器（5），所述温控装置与加热器（601）电气连接；
所述数据采集控制装置包括计算机（3）、设置于管线（801）上的压力传感器（13）、设置于密封煤样罐中的温度传感器（14）、设置于冷冻仓（7）中的温度传感器（15）和设置于水浴加热槽（6）中的温度传感器（16），所述计算机（3）分别电气连接压力传感器（13）、温度传感器（14）、温度传感器（15）、温度传感器（16）和所述温控装置。
一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸的测试装置，所述测试装置还包括通过三通管件与所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置连接的充气定量***和真空脱气***，所述充气定量***和三通管件之间设置有阀门（20），所述真空脱气***和三通管件之间设置有阀门（22）；
所述充气定量***由管线顺序连接的高压甲烷气瓶（1）、阀门（18）、压力表（11）、阀门（19）、充气罐（2）和连接阀门（20）的管线，所述管线上设置有压力表（12）；
所述真空脱气***包括真空泵（10）、连接真空泵（10）与阀门（22）的真空管线和设置在真空管线上的真空计（9）。
一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸的测试方法，包括以下步骤：
Step1.制备煤样：将所取原始煤样用粉碎机粉碎，筛选0.17～0.25mm的煤样，添加适量蒸馏水搅拌，将加水混合均匀的煤样装入自制的模具中，放在压力加载机上，施加60kN压力，压制30min，制成的型煤即为所需煤样；
Step2.调试数据采集***：确定温度传感器（14）、（15）、（16）和压力传感器（13）处于正常状态；
Step3.检查装置气密性：为了保证实验结果的准确性，实验开始前必须对设备气密性进行检查；充气后保持24h，观察煤样罐（8）内压力是否变化，若无变化，进行后续操作；若发生变化，对各个部位进行检测，采取措施进行密封并按上述步骤重新进行检测；
Step4.煤样真空脱气：打开真空泵（10），对煤样进行真空脱气，直至真空计（9）显示值为10Pa以下时进行后续操作；
Step5.充气吸附平衡：关闭煤样罐（8）充气脱气阀门（22）后，打开高压甲烷气瓶阀门（18），使充气罐（2）达到一定压力，并将煤样罐（8）放置于室温中，对充气罐（2）压力进行监测；当煤样罐（8）内压力保持12h不变时，认为煤样达到吸附平衡，进行后续操作；
Step6.模拟解吸：
在冷冻仓（7）内加入适量冷冻剂，然后将充气平衡后的煤样罐（8）放入冷冻仓（7）内，使其均匀环绕在煤样罐（8）周围，连接好数据采集***，监测煤样罐（8）环境、煤芯中央及冷冻仓（7）内温度变化及煤样罐（8）内压力变化；
将放置在冷冻仓（7）内的煤样罐（8）整体放入加热浴槽（6）中，加热浴槽（6）在设定程序下对其整体进行升温加热，使煤样在不同温度条件下解吸；
Step7.数据记录：在变温过程中，打开解吸仪（17）阀门，收集解吸气体每30s读取一次，数据共记录60min。
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 (3)
1.一种模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置，其特征在于：包括煤样瓦斯解吸装置、数据采集控制装置和模拟温控装置；
所述煤样瓦斯解吸装置包括密封煤样罐（8）、连接密封煤样罐（8）和三通阀（21）的管线（801）、所述三通阀（21）的另外两个接口分别连接外部管线和解吸仪（17）；
所述模拟温控装置包括水浴加热槽（6）、设置在水浴加热槽（6）中的冷冻仓（7）和加热器（601）、以及温控装置，所述温控装置包括温度显示器（4）和无极调压器（5），所述温控装置与加热器（601）电气连接；
所述数据采集控制装置包括计算机（3）、设置于管线（801）上的压力传感器（13）、设置于密封煤样罐中的温度传感器（14）、设置于冷冻仓（7）中的温度传感器（15）和设置于水浴加热槽（6）中的温度传感器（16），所述计算机（3）分别电气连接压力传感器（13）、温度传感器（14）、温度传感器（15）、温度传感器（16）和所述温控装置。
2.一种包括权利要求1所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置的测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括通过三通管件与所述模拟低温取芯过程中煤芯瓦斯解吸装置连接的充气定量***和真空脱气***，所述充气定量***和三通管件之间设置有阀门（20），所述真空脱气***和三通管件之间设置有阀门（22）；
所述充气定量***由管线顺序连接的高压甲烷气瓶（1）、阀门（18）、压力表（11）、阀门（19）、充气罐（2）和连接阀门（20）的管线，所述管线上设置有压力表（12）；
所述真空脱气***包括真空泵（10）、连接真空泵（10）与阀门（22）的真空管线和设置在真空管线上的真空计（9）。
3.一种使用权利要求2所述测试装置的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
Step1.制备煤样：将所取原始煤样用粉碎机粉碎，筛选0.17～0.25mm的煤样，添加适量蒸馏水搅拌，将加水混合均匀的煤样装入自制的模具中，放在压力加载机上，施加60kN压力，压制30min，制成的型煤即为所需煤样；
Step2.调试数据采集***：确定温度传感器（14）、（15）、（16）和压力传感器（13）处于正常状态；
Step3.检查装置气密性：为了保证实验结果的准确性，实验开始前必须对设备气密性进行检查；充气后保持24h，观察煤样罐（8）内压力是否变化，若无变化，进行后续操作；若发生变化，对各个部位进行检测，采取措施进行密封并按上述步骤重新进行检测；
Step4.煤样真空脱气：打开真空泵（10），对煤样进行真空脱气，直至真空计（9）显示值为10Pa以下时进行后续操作；
Step5.充气吸附平衡：关闭煤样罐（8）充气脱气阀门（22）后，打开高压甲烷气瓶阀门（18），使充气罐（2）达到一定压力，并将煤样罐（8）放置于室温中，对充气罐（2）压力进行监测；当煤样罐（8）内压力保持12h不变时，认为煤样达到吸附平衡，进行后续操作；
Step6.模拟解吸：
在冷冻仓（7）内加入适量冷冻剂，然后将充气平衡后的煤样罐（8）放入冷冻仓（7）内，使其均匀环绕在煤样罐（8）周围，连接好数据采集***，监测煤样罐（8）环境、煤芯中央及冷冻仓（7）内温度变化及煤样罐（8）内压力变化；
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