CN108627415A - 一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法 - Google Patents
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Abstract
一种深部开采受载煤体瓦斯吸附‑解吸实验***及方法。本发明包括：瓦斯瓶、氦气瓶、真空泵、数据采集***、压力传感器、高温高压箱、精密流量计、吸附解吸罐、参考罐、压力表和阀门等部件组成。所述的瓦斯瓶通过减压阀一与压力表一相连，所述的氦气瓶通过减压阀二与压力表二相连，所述的压力表一通过管路与真空泵相连，所述的真空泵通过管路与吸附解吸罐和参考罐相连，所述的吸附解吸罐和参考罐外接压力传感器，所述的压力传感器通过数据线和采集卡与数据采集***相连，所述的吸附解吸罐与精密流量计相连，所述的参考罐通过阀门排空。本发明主要用于煤矿深部开采条件下受载煤体瓦斯的吸附‑解吸实验，是一种可靠简便的实验手段。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿深部开采瓦斯的吸附解吸技术领域，尤其涉及一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法。
背景技术
随着我国煤矿开采深度的不断增加，大部分矿井逐渐进入深部开采环境，煤层的瓦斯压力、含量逐渐增加，导致煤矿的瓦斯事故也呈现上升趋势，而准确掌握深部煤层中瓦斯的吸附解吸规律是预防瓦斯灾害和实施瓦斯抽采技术的前提，在煤层中瓦斯的流动，首先需要经过解吸，然后再通过煤体孔裂隙***流出煤体。由于井下大部分煤体处于受压状态中，应力环境对于煤体的流出过程具有重要的影响。对于煤层开采来说，开采扰动会引起的煤体所受压应力发生明显的变化，进而会对瓦斯抽采产生显著影响。尤其是随着采掘深度的增加，地应力升高，开采扰动变得更加剧烈。
目前，煤样瓦斯的吸附解吸实验均以现场采集煤样制作的煤粉为主，这与深部开采的原煤煤样在内部结构和层理构造方面有非常大的差异，尤其是针对深部高温高压下受载煤体瓦斯在采动过程中的吸附-解吸试验***缺乏，仅有的吸附-解吸试验***自动化程度较低、实验结果的准确性、实时性较差，因此开展深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法的研究就自然地摆在科技工作者面前。该装置可以真实模拟深部开采煤体瓦斯的吸附解吸规律，可以为深部开采条件下受载煤体瓦斯抽采工程设计提供一定的理论参考，对提高瓦斯抽采率、防治煤与瓦斯突出、减少因瓦斯排放引起的“温室效应”具有重要的理论意义和实际价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
1. 一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，该***主要由瓦斯瓶、氦气瓶、真空泵、数据采集***、压力传感器、高温高压箱、精密流量计、吸附解吸罐、参考罐、压力表和阀门等部件组成。其特征是：所述的瓦斯瓶通过减压阀一与阀门一和压力表一相连，所述的氦气瓶通过减压阀二与阀门五和压力表二相连，所述的压力表一通过管路和阀门二与真空泵相连，所述的真空泵通过管路和阀门与吸附解吸罐和参考罐相连，所述的吸附解吸罐和参考罐外接压力传感器，所述的压力传感器通过数据线与数据采集***相连，所述的吸附解吸罐通过管路与阀门和精密流量计相连，所述的参考罐通过阀门排空。
2. 根据权利要求1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的瓦斯瓶与所述的压力表一之间的管路上安装有减压阀一、阀门一，所述的压力表一与所述的煤样吸附解吸罐之间的管路上安装有阀门三、阀门六，所述的压力表二与所述的参考罐之间的管路上安装有阀门四、阀门七，所述的高温高压箱内设有吸附解吸罐和参考罐以及耐高温封闭环，吸附解吸罐内安装有多孔板和煤样，所述的吸附解吸罐与精密流量计相连的管路上安装有阀门八，所述的氦气瓶与高温高压箱相连，并通过阀门排出。
3. 根据权利要求1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的压力传感器、精密流量计、高温高压箱均通过采集卡和数据线与数据采集***相连，所有采集的数据均实现连续性、实时性、精确性，保证了实验***的可靠性和准确性。
4. 根据权利要求1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的压力表一用于检测瓦斯瓶加气的压力，所述的减压阀一、减压阀二用于调节气体的出口压力，所述的压力表二用于检测氦气瓶加气的压力，所述的吸附解吸罐内多孔板可以保障气体均匀进入，所述的高温高压箱可以精确的控制实验装置的温度和压力，其***壁采用绝热材料，管路以及各阀门采用耐磨损管线和高压密封接头，所述的装置连接处配备耐高压组合垫和密封胶带。
本发明的有益效果：
1. 本发明的高温高压箱可将实验温度设置到预定条件下，温度控制范围：0~100°，精度可达0.01°；压力控制范围：0~80MPa，精度可达0.01MPa；压力传感器和精密流量计可以测试煤样吸附解吸瓦斯的情况，数据采集控制***可以自动采集数据，氦气瓶用于检查实验装置的气密性。
2. 本发明使用制作好的圆柱体煤样，直径50mm、高度100mm的原煤煤样。实验流程:① 首先需对实验装置的气密性进行检测，打开He气瓶上部阀门五（11）、阀门四（8）、阀门七（18）和阀门六（13），把He气充入吸附解吸罐和参考罐中，在一定的压力下保持5h以上，观察吸附解吸缸和参考缸压力有无明显变化。若无明显变化，继续增加压力，直到充气压力达到实验需要的最大压力。
② 将提前制作好的深部开采原煤试样干燥24小时后装入吸附解吸罐中，并连接好压力传感器等其他***；在***连接正确且气密性完好的情况下，打开真空泵上部阀门二（5）对整个实验管路以及吸附解吸罐和参考罐进行脱气处理，真空脱气完成之后，先将高温高压箱的温度调整到当前实验所需值，然后向管路***及参考罐中充入一定量的浓度为99.99%的甲烷气体，压力传感器（22）记录初始参考罐压力，关闭所有阀门，只需打开阀门六（13）、阀门七（18）、阀门八（20），瓦斯气体会由参考罐向吸附解吸罐运移，通过压力传感器连接电脑反应各时间段参考罐和吸附解吸罐的压力，当达到平衡后，以此为基础，向参考罐第二次充气，重复上述实验步骤，逐次提高瓦斯压力，直至煤柱不再吸附瓦斯为止，记录好各时间段相关实验数据，认为吸附已达到平衡。
③ 解吸过程是吸附过程的逆过程。首先关闭阀门六（13）、阀门七（18），打开阀门九（23）将参考罐中残留瓦斯气体全部放出，关闭阀门九（23），打开抽真空阀门二（5）对参考罐进行脱气处理，脱气完成后打开阀门六（13）、阀门七（18）、阀门八（20），瓦斯会由吸附解吸罐向参考罐快速运移，通过压力传感器连接数据采集***反映各时刻参考罐和吸附解吸罐的压力，精密流量计记录实时流量，当达到平衡后也即表示解吸过程完成，记录好各时刻相关数据；待一组实验完成后，取出实验煤样；重复以上步骤，进行其他高温高压条件下煤样的吸附解吸实验。
3. 本发明通过对一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法的研究，在一定的程度上可以准确掌握煤层中瓦斯的吸附解吸规律，也为深部开采条件下受载煤体瓦斯抽采工程设计提供一定的理论参考。本试验装置的实验结果对优化瓦斯抽采布置参数、提高瓦斯抽采率、防治煤与瓦斯突出、减少因瓦斯排放引起的“温室效应”具有重要的理论意义和实际价值。
附图说明：
附图1是本发明一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法的结构示意图。
其中：1、瓦斯瓶；2、阀门一；3、压力表一；4、减压阀一；5、阀门二；6、真空泵；7、阀门三；8、阀门四；9、减压阀二；10、压力表二；11、阀门五；12、氦气瓶；13阀门六；14、煤样；15、多孔板；16、高温高压箱；17、吸附解吸罐；18、阀门七；19、参考罐；20、阀门八；21、精密流量计；22、压力传感器；23、阀门九；24、压力传感器二；25、数据采集***；26、排气口。
具体实施方式：
实施例1：
一种深部开采受载瓦斯吸附-解吸实验***及方法，该发明主要由瓦斯瓶1、氦气瓶12、真空泵6、数据采集***25、压力传感器22，24、高温高压箱16、精密流量计21、煤样吸附解吸罐17、参考罐19、压力表3，10和阀门等部件组成。其特征是：所述的瓦斯瓶1通过减压阀一4与阀门一2和压力表一3相连，所述的氦气瓶12通过减压阀二9与阀门五11和压力表二10相连，所述的压力表一3通过管路和阀门二5与真空泵6相连，所述的真空泵6通过管路和阀门与吸附解吸罐17和参考罐19相连，所述的吸附解吸罐17和参考罐19外接压力传感器22，24，所述的压力传感器22，24通过数据线与数据采集***25相连，所述的吸附解吸罐17通过管路与阀门八20和精密流量计21相连，所述的参考罐19通过阀门排空。
实施例2：
根据实施例1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的瓦斯瓶1与所述的压力表一3之间的管路上安装有减压阀一4、阀门一2，所述的压力表一3与所述的煤样吸附解吸罐17之间的管路上安装有阀门三7、阀门六13，所述的压力表二10与所述的参考罐19之间的管路上安装有阀门四8、阀门七18，所述的高温高压箱16内有吸附解吸罐和参考罐以及耐高温封闭环，吸附解吸罐内安装有多孔板15和煤样14，所述的吸附解吸罐与精密流量计21相连的管路上安装有阀门八20，所述的氦气瓶12与高温高压箱相连，并通过阀门九23排出。
实施例3：
根据实施例1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的压力传感器22，24、精密流量计21、高温高压箱16均通过采集卡和数据线与数据采集***相连，所有采集的数据均实现连续性、实时性、精确性，保证了实验***的可靠性和准确性。
实施例4：
根据实施例1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的压力表一3用于检测瓦斯瓶1加气的压力，所述的减压阀一4、减压阀二9用于调节气体的出口压力，所述的压力表二9用于检测氦气瓶12加气的压力，所述的吸附解吸罐17内多孔板15可以保障气体均匀进入，所述的高温高压箱16可以精确的控制实验装置的温度和压力，其***壁采用绝热材料，管路以及各阀门采用耐磨损管线和高压密封接头，所述的装置连接处配备耐高压组合垫和密封胶带。
虽然上述实施例描述了本发明的具体实施方式，但本领域技术人员可以在不改变本发明的原理的基础上，对上述试验***及方法进行省略和改变。例如：可以合并本发明的实验流程，按照实质相同的方法完成实质相同的功能，最终 实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由权利要求书所限定。
Claims (4)
1.一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，该发明主要由瓦斯瓶（1）、氦气瓶（12）、真空泵（6）、数据采集***（25）、压力传感器（22）（24）、高温高压箱（16）、精密流量计（21）、吸附解吸罐（17）、参考罐（19）、压力表（3）（10）和阀门等部件组成，其特征是：所述的瓦斯瓶（1）通过减压阀一（4）与阀门一（2）和压力表一（3）相连，所述的氦气瓶（12）通过减压阀二（9）与阀门五（11）和压力表二（10）相连，所述的压力表一（1）通过管路和阀门二（5）与真空泵（6）相连，所述的真空泵（6）通过管路和阀门三（7）与吸附解吸罐（17）和参考罐（19）相连，所述的吸附解吸罐（17）和参考罐（19）外接压力传感器（24），所述的压力传感器（22）（24）通过数据线和采集卡与数据采集***（25）相连，所述的吸附解吸罐（17）通过管路与阀门和精密流量计（21）相连，所述的参考罐（19）通过阀门排空。
2.根据权利要求1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的瓦斯瓶（1）与所述的压力表一（3）之间的管路上安装有减压阀一（4）、阀门一（2），所述的压力表一（3）与所述的煤样吸附解吸罐（17）之间的管路上安装有阀门三（7）、阀门六（13），所述的压力表二（10）与所述的参考罐（19）之间的管路上安装有阀门四（8）、阀门七（18），所述的高温高压箱（16）内有吸附解吸罐和参考罐以及耐高温封闭环，吸附解吸罐内安装有多孔板（15）和煤样（14），所述的吸附解吸罐与精密流量计（21）相连的管路上安装有阀门八（20），所述的氦气瓶（12）与高温高压箱相连，并通过阀门九（23）排出。
3.根据权利要求1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的压力传感器（22），（24）、精密流量计（21）、高温高压箱（16）均通过采集卡和数据线与数据采集***相连，所有采集的数据均实现连续性、实时性、精确性，保证了实验***的可靠性和准确性。
4.根据权利要求1所述的一种深部开采受载煤体瓦斯吸附-解吸实验***及方法，其特征是：所述的压力表一（3）用于检测瓦斯瓶（1）加气的压力，所述的减压阀一（4）、减压阀二（9）用于调节气体的出口压力，所述的压力表二（9）用于检测氦气瓶（12）加气的压力，所述的吸附解吸罐（17）内多孔板（15）可以保障气体均匀进入，所述的高温高压箱（16）可以精确的控制实验装置的温度和压力，其***壁采用绝热材料，管路以及各阀门采用耐磨损管线和高压密封接头，所述的装置连接处配备耐高压组合垫和密封胶带。
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