CN107884309A - 一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，它包括混合气体供给***，混合气体供给***与三轴压力***通过管路连接；压力加载***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与正压调节***通过管路连接；正压调节***与流量测定***通过管路连接；解决了现有技术中对于研究气体对煤层渗透率的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体煤层渗透率的实验设备；而且这些单一气体渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力这与煤矿开采过程孔隙压力的变化不符等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于瓦斯检测实验器具技术领域，尤其涉及一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置。
背景技术
在矿井生产过程中，采掘工程破坏了原岩应力场的平衡和原始瓦斯压力的平衡，形成了采掘周围岩体的应力重新分布和瓦斯流动。在煤层瓦斯运移过程中，渗透率是反映煤层内瓦斯渗流难易程度的物性参数之一，同时，渗透率也是瓦斯渗流力学与工程的重要参数。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。煤体内富含瓦斯，而瓦斯是一种含有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，而现有技术中对于研究气体对煤层渗透率的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体煤层渗透率的实验设备；而且这些单一气体渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力，这与煤矿开采过程孔隙压力的变化不符，因此有必要对渗流设备出口端进行一定的改进以模拟煤岩现场开采孔隙压力的变化。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，以解决现有技术中对于研究气体对煤层渗透率的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体煤层渗透率的实验设备；而且这些单一气体渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力这与煤矿开采过程孔隙压力的变化不符等技术问题。
本发明技术方案：
一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，它包括混合气体供给***，混合气体供给***与三轴压力***通过管路连接；压力加载***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与正压调节***通过管路连接；正压调节***与流量测定***通过管路连接。
所述三轴压力***通过恒温***包裹；所述恒温***为加热水浴。
混合气体供给***包括第一储气罐和第二储气罐，第一储气罐与气体混合装置通过管路连接，第一储气罐与气体混合装置的管路上依次安装有第一减压阀、第一压力表和第一开关阀；第二储气罐与气体混合装置通过管路连接，第二储气罐与气体混合装置的管路上连接有第二减压阀、第二压力表和第二开关阀。
混合气体供给***与三轴压力***的管路上依次安装有第三压力表和第三减压阀。
压力加载***包括轴压油泵和围压油泵；轴压油泵上设置有轴压手动加载杆和轴压压力表；围压油泵上设置有围压手动加载杆和围压压力表。
三轴压力***包括外腔体，外腔体内设置有围压腔体，围压腔体内设置有轴压板；在外腔体上设有轴压管口与围压管口，轴压管口穿过外腔体后与围压腔体上部相连；进气管穿过外腔体与围压腔体上部相连，出气管与围压腔体下部相连；围压管口穿过外腔体，连接到外腔体与围压腔体之间。
正压调节***包括正压调节阀和压力表；正压调节阀和压力表安装在三轴压力***的出气管上；所述压力表为精密压力表。
流量测定***为流量计；流量计与正压调节***之间设置有止回阀。
本发明的有益效果：
本发明通过气体混合装置将两个储气罐连接从而使气体混合，此外通过改进三轴压力室可以有效防止围压腔体内油渗漏出轴压板外，通过在三轴压力室末端口所连接的出气管上依次设有的正压调节阀、精密压力表从而可以控制出口压力的大小；本发明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；解决了现有技术中对于研究气体对煤层渗透率的实验设备都只能适用于单一气体，没有适用于进行混合气体煤层渗透率的实验设备；而且这些单一气体渗流实验设备的出口端压力都默认为大气压力这与煤矿开采过程孔隙压力的变化不符等技术问题；本发明可以用来模拟煤岩开采过程中混合气体的渗流实验，同时对三轴压力室也做了改进，以便更深层次地探索各因素对瓦斯渗流的作用机制，为煤层气抽采等提供技术参考。
附图说明：
图1本发明结构示意图；
图2为本发明三轴压力***结构示意图。
图中：1-第一储气罐、2-第二储气罐、3-第一压力表、4-第一减压阀、5-第二减压阀、6-第二压力表、7-第一开关阀、8-第二开关阀、9-气体混合装置、10-第三压力表、11-第三减压阀、12-加热水浴、13-改进的三轴压力室、14-精密压力表、15-正压调节阀、16-止回阀、17-流量计、18-轴压油泵、19-围压油泵、20-轴压手动加载杆、21-围压手动加载杆、22-轴压压力表、23-围压压力表、24-轴压管口、25-轴压板、26-外腔体、27-围压管口、28-围压腔体、29-进气管、30-出气管。
具体实施方式：
一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，它包括混合气体供给***，混合气体供给***与三轴压力***通过管路连接；压力加载***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与正压调节***通过管路连接；正压调节***与流量测定***通过管路连接。
所述三轴压力***通过恒温***包裹；所述恒温***为加热水浴12。
混合气体供给***包括第一储气罐1和第二储气罐2，第一储气罐1与气体混合装置9通过管路连接，第一储气罐1与气体混合装置9的管路上依次安装有第一减压阀4、第一压力表3和第一开关阀7；第二储气罐2与气体混合装置9通过管路连接，第二储气罐2与气体混合装置9的管路上连接有第二减压阀5、第二压力表6和第二开关阀8。
混合气体供给***与三轴压力***的管路上依次安装有第三压力表10和第三减压阀11。
压力加载***包括轴压油泵18和围压油泵19；轴压油泵18上设置有轴压手动加载杆20和轴压压力表22；围压油泵19上设置有围压手动加载杆21和围压压力表23。
三轴压力***包括外腔体26，外腔体26内设置有围压腔体28，围压腔体28内设置有轴压板25；在外腔体26上设有轴压管口24与围压管口27，轴压管口24穿过外腔体26后与围压腔体28上部相连；进气管29穿过外腔体26与围压腔体28上部相连，出气管30与围压腔体28下部相连；围压管口27穿过外腔体26，连接到外腔体26与围压腔体28之间。
正压调节***包括正压调节阀15和压力表14；正压调节阀15和压力表14安装在三轴压力***的出气管30上；所述压力表14为精密压力表。
流量测定***为流量计17；流量计17与正压调节***之间设置有止回阀16。
为了本领域技术人员进一步了解本发明技术方案，在此结合附图1和2对本发明技术方案进行细化说明：
本发明包括三轴压力***、压力加载***、恒温***、混合气体供给***、正压调节***、流量测定***；所述的三轴压力***包括改进的三轴压力室13，三轴压力室13组成包括外腔体26，在外腔体26上设有轴压管口24与围压管口27，轴压管口24、围压管口27穿过外腔体26连接三轴压力室13内部。外腔体26内部设有轴压板25与围压腔体28，轴压板25位于围压腔体28内部，在加载过程中可以有效避免围压腔体28内油渗漏出轴压板25外。进气管29穿过外腔体26与围压腔体28上部相连，出气管30与围压腔体28下部相连；所述的压力加载***包括轴压油泵18与围压油泵19，通过轴压油泵18与围压油泵19可分别对三轴压力室13内部施加规定范围内的轴压与围压；所述的恒温***为加热水浴12，可为实验提供不同的温度以模拟现场开采情况；所述的混合气体供给***由第一储气罐1、第二储气罐2、气体混合装置9组成；所述的正压调节***包括正压调节阀15与压力表14，本发明中压力表14选用精密压力表14，通过调节正压调节阀15可以控制出口压力的大小；流量测定***包括流量计17，通过流量计17可以测得气体流量，从而通过公式计算得出渗透率。第一储气罐1通过设有第一减压阀4、第一压力表3与第一开关阀7的连接管与气体混合装置9连接，第二储气罐2与气体混合装置9的连接管上还设有第二减压阀5、第二压力表6与第二开关阀8，气体混合装置9通过带第三减压阀11与第三压力表10的连接管与改进的三轴压力室13的前端口相连，改进的三轴压力室13置于恒温水浴12中且外腔体26分别与轴压油泵18与围压油泵19通过连接管连接，轴压油泵18与围压油泵19内分别包括轴压手动加载杆20、轴压压力表22与围压手动加载杆21、围压压力表23。改进的三轴压力室13末端口所连接的出气管30上依次设有正压调节阀15、压力表14选用精密压力表14、止回阀16与流量计17。
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13内的围压腔体28内，将恒温水浴12的温度设定到实验所需值以模拟地底温度情况，通过调节轴压油泵18与围压油泵19的轴压手动加载杆20与围压手动加载杆21，根据轴压压力表22、围压压力表23的读数可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，然后打开第一开关阀7、第二开关阀8，调节第一减压阀4与第二减压阀5并根据第一压力表3与第二压力表6读数至试验所设置的值，通过调节第三减压阀11并根据第三压力表10以调节混合气体的瓦斯压力以模拟混合气体瓦斯压力对煤渗透率的影响，关闭正压调节阀15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15至试验所需值以模拟煤岩开采过程中煤孔隙压力的变化，待流量计17读数稳定后记录流量值，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。
Claims (8)
1.一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，它包括混合气体供给***，其特征在于：混合气体供给***与三轴压力***通过管路连接；压力加载***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与正压调节***通过管路连接；正压调节***与流量测定***通过管路连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：所述三轴压力***通过恒温***包裹；所述恒温***为加热水浴（12）。
3.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：混合气体供给***包括第一储气罐（1）和第二储气罐（2），第一储气罐（1）与气体混合装置（9）通过管路连接，第一储气罐（1）与气体混合装置（9）的管路上依次安装有第一减压阀（4）、第一压力表（3）和第一开关阀（7）；第二储气罐（2）与气体混合装置（9）通过管路连接，第二储气罐（2）与气体混合装置（9）的管路上连接有第二减压阀（5）、第二压力表（6）和第二开关阀（8）。
4.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：混合气体供给***与三轴压力***的管路上依次安装有第三压力表（10）和第三减压阀（11）。
5.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：压力加载***包括轴压油泵（18）和围压油泵（19）；轴压油泵（18）上设置有轴压手动加载杆（20）和轴压压力表（22）；围压油泵（19）上设置有围压手动加载杆（21）和围压压力表（23）。
6.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：三轴压力***包括外腔体（26），外腔体（26）内设置有围压腔体（28），围压腔体（28）内设置有轴压板（25）；在外腔体（26）上设有轴压管口（24）与围压管口（27），轴压管口（24）穿过外腔体（26）后与围压腔体（28）上部相连；进气管（29）穿过外腔体（26）与围压腔体（28）上部相连，出气管（30）与围压腔体（28）下部相连；围压管口（27）穿过外腔体（26），连接到外腔体（26）与围压腔体（28）之间。
7.根据权利要求6所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：正压调节***包括正压调节阀（15）和压力表（14）；正压调节阀（15）和压力表（14）安装在三轴压力***的出气管（30）上；所述压力表（14）为精密压力表。
8.根据权利要求1所述的一种混合气体条件下出口端正压的三轴渗流装置，其特征在于：流量测定***为流量计（17）；流量计（17）与正压调节***之间设置有止回阀（16）。
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