CN109991149A - 一种改变混合气体密度的三轴渗流装置及操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可改变混合气体密度的三轴渗流装置及操作方法，它包括混合气体供给***，混合气体供给***与气体混合***通过管路连接；气体混合***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与真空脱气***通过管路连接；真空脱气***与流量测定***通过管路连接；所述气体混合***包括气体混合腔（10），气体混合腔（10）内安装有气体密度传感器（25），气体密度传感器（25）与气体密度测定仪（9）通过导线连接；解决了现有技术没有可改变混合气体密度的三轴渗流装置模拟煤矿开采现场混合气体密度的变化等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于三轴渗流渗流技术领域，尤其涉及一种改变混合气体密度的三轴渗流装置及操作方法。
背景技术
我国的储量丰富的煤炭资源，煤层中蕴含大量煤层气资源，在复杂的储层条件下，瓦斯渗流通道中的气体具有不同的密度。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重要参数之一，同时，渗透率也是瓦斯渗流力学与工程的一个关键研究方向。因此，煤层瓦斯渗透率的测算方法研究对瓦斯渗流力学发展至关重要，同时煤与瓦斯突出等一系列矿山安全问题亟待被解决。而瓦斯是一种含有CH4和CO2等多种混合气体组成的气体，研究混合气体的密度对煤渗透率的影响具有重要意义，目前为止还没有可改变混合气体密度的三轴渗流装置，因此有必要对现有的三轴渗流装置进行一定的改进以模拟煤矿开采现场混合气体密度的变化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种改变混合气体密度的三轴渗流装置及操作方法，以解决现有技术没有可改变混合气体密度的三轴渗流装置模拟煤矿开采现场混合气体密度的变化等技术问题。
本发明技术方案：
一种改变混合气体密度的三轴渗流装置，它包括混合气体供给***，混合气体供给***与气体混合***通过管路连接；气体混合***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与真空脱气***通过管路连接；真空脱气***与流量测定***通过管路连接；所述气体混合***包括气体混合腔，气体混合腔内安装有气体密度传感器，气体密度传感器与气体密度测定仪通过导线连接。
所述混合气体供给***包括第一储气罐和第二储气罐；第一储气罐与气体混合***连接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***连接的管路上依次安装有第二减压阀、第二压力表和第二开关阀。
三轴压力***包括三轴压力室，三轴压力室的外室通过轴压管和围压管连接轴压泵和围压泵；气体混合***与三轴压力***的连接管路上依次安装有第三压力表和第三减压阀。
真空脱气***包括真空泵，真空泵与三轴压力***的出口端通过管路连接；在管路上依次安装有压力表、第四减压阀和法兰阀。
流量测定***包括流量计，流量计与真空脱气***通过管路连接；连接管路上安装有止回阀。
所述的一种改变混合气体密度的三轴渗流装置的操作方法，它包括：
步骤1、将标准尺寸的煤体试件安装在三轴压力室的围压腔内，之后开启真空泵将煤样与实验装置进行脱气六小时之后关闭法兰阀；
步骤2、通过调节轴压油泵与围压油泵至实验所设置的轴压与围压值从而模拟煤在地底所受应力状态；
步骤3、打开第一减压阀、第一开关阀、第二减压阀和第二开关阀，让两种不同的气体在混合装置内混合，通过气体密度测定仪观测气体混合装置内的气体密度；
步骤4、通过打开第一减压阀和第一开关阀或者第二减压阀和第二开关阀来调节气体混合腔内混合气体的密度；
步骤5、当达到实验所需的混合气体密度值时通过调节第三减压阀并根据第三压力表读数使气体达到规定压力使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时；
步骤6、调节第三减压阀至试验所需值以模拟煤岩开采过程中煤孔隙压力的变化，待流量计读数稳定后记录流量值；
步骤7、最后计算出混合气体作用下不同密度、轴压及围压耦合作用下煤渗透率值。
本发明有益效果：
本发明通过气体混合***将两个气罐的气体混合，在气体混合腔连接气体密度测定仪观测气体混合装置内的气体密度；并通过打开第一减压阀和第一开关阀或者第二减压阀和第二开关阀来调节气体混合腔内混合气体的密度；通过在三轴压力室末端口所连接的出气管上依次设有的第四减压阀阀、精密压力表从而可以控制出口压力的大小，此外在三轴压力室外连接真空泵，可以保证防止杂质气体的侵入，防止杂质气体对实验造成误差；本发明能够使原煤进行在不同混合气体密度条件下的渗流实验，并且能够进行不同轴压和围压多因素耦合条件下渗流实验，能够真实模拟煤矿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；解决了现有技术没有可改变混合气体密度的三轴渗流装置模拟煤矿开采现场混合气体密度的变化等技术问题。
附图说明
图1为本发明整体的结构示意图；
图2为本发明气体混合装置的结构示意图；
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-气体密度测定仪、10-气体混合腔、11-第三压力表、12-第三减压阀、13-三轴压力室、14-轴压泵、15-围压泵、16-精密压力表、17-第四减压阀、18-法兰阀、19-真空泵、20-止回阀、21-流量计、22-第一储气管道、23-第二储气管道、24-显示器、25-气体密度传感器、26-出气管道、27-混合气体箱。
具体实施方式
一种可改变混合气体酸碱度的三轴渗流装置，请参阅图1-2。
该装置包括混合气体供给***，混合气体供给***与气体混合***通过管路连接；气体混合***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与真空脱气***通过管路连接；真空脱气***与流量测定***通过管路连接；所述气体混合***包括气体混合腔10，气体混合腔10内安装有气体密度传感器25，气体密度传感器25与气体密度测定仪9通过导线连接。
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***连接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***连接的管路上依次安装有第二减压阀5、第二压力表6和第二开关阀8。三轴压力***包括三轴压力室18，外室通过轴压管和围压管连接轴压泵17和围压泵19；气体混合***与三轴压力***的连接管路上依次安装有第五压力表15和第四减压阀16。
真空脱气***包括真空泵19，真空泵19与三轴压力***的出口端通过管路连接；在管路上依次安装有压力表16、第四减压阀17和法兰阀18。
流量测定***包括流量计21，流量计21与真空脱气***的连接管路上安装有止回阀20。
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内的围压腔内，之后开启真空泵19将煤样与实验装置进行脱气六小时之后关闭法兰阀18，然后通过调节轴压油泵14与围压油泵15至实验所设置的轴压与围压值从而模拟煤在地底所受应力状态，打开第一减压阀4、第一开关阀7、第二减压阀5、第二开关阀8，当两种不同的气体在混合装置10内混合，通过气体密度测定仪9观测气体混合装置10内的气体密度；并通过打开第一减压阀4和第一开关阀7或者第二减压阀5和第二开关阀8来调节气体混合腔内混合气体的密度，当达到实验所需的混合气体密度值时通过调节第三减压阀12并根据第三压力表11读数使气体达到规定压力使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时，之后调节第三减压阀12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21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湿度、轴压、围压等耦合作用下煤渗透率值。
Claims (6)
1.一种改变混合气体密度的三轴渗流装置，它包括混合气体供给***，其特征在于：混合气体供给***与气体混合***通过管路连接；气体混合***与三轴压力***通过管路连接；三轴压力***与真空脱气***通过管路连接；真空脱气***与流量测定***通过管路连接；所述气体混合***包括气体混合腔（10），气体混合腔（10）内安装有气体密度传感器（25），气体密度传感器（25）与气体密度测定仪（9）通过导线连接。
2.根据权利要求1所述的一种改变混合气体密度的三轴渗流装置，其特征在于：所述混合气体供给***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***连接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***连接的管路上依次安装有第二减压阀（5）、第二压力表（6）和第二开关阀（8）。
3.根据权利要求1所述的一种改变混合气体密度的三轴渗流装置，其特征在于：三轴压力***包括三轴压力室（13），三轴压力室（13）的外室通过轴压管和围压管连接轴压泵（14）和围压泵（15）；气体混合***与三轴压力***的连接管路上依次安装有第三压力表（11）和第三减压阀（12）。
4.根据权利要求1所述的一种改变混合气体密度的三轴渗流装置，其特征在于：真空脱气***包括真空泵（19），真空泵（19）与三轴压力***的出口端通过管路连接；在管路上依次安装有压力表（16）、第四减压阀（17）和法兰阀（18）。
5.根据权利要求1所述的一种改变混合气体密度的三轴渗流装置，其特征在于：流量测定***包括流量计（21），流量计（21）与真空脱气***通过管路连接；连接管路上安装有止回阀（20）。
6.如权利要求1所述的一种改变混合气体密度的三轴渗流装置的操作方法，它包括：
步骤1、将标准尺寸的煤体试件安装在三轴压力室（13）的围压腔内，之后开启真空泵（19）将煤样与实验装置进行脱气六小时之后关闭法兰阀（18）；
步骤2、通过调节轴压油泵（14）与围压油泵（15）至实验所设置的轴压与围压值从而模拟煤在地底所受应力状态；
步骤3、打开第一减压阀（4）、第一开关阀（7）、第二减压阀（5）和第二开关阀（8），让两种不同的气体在混合装置（10）内混合，通过气体密度测定仪（9）观测气体混合装置（10）内的气体密度；
步骤4、通过打开第一减压阀（4）和第一开关阀（7）或者第二减压阀（5）和第二开关阀（8）来调节气体混合腔内混合气体的密度；
步骤5、当达到实验所需的混合气体密度值时通过调节第三减压阀（12）并根据第三压力表（11）读数使气体达到规定压力使得实验煤样在混合气体作用下吸附二十四小时；
步骤6、调节第三减压阀（12）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（21）读数稳定后记录流量值；
步骤7、最后计算出混合气体作用下不同密度、轴压及围压耦合作用下煤渗透率值。
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