CN112504936B - 一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置及其试验方法 - Google Patents
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Abstract
一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，包括物料仓、皮带输送机、试验仓、试验平台、提升机构、提升承载板、若干个第一液压油缸、气泵、煤层气储罐、若干个煤层气含量传感器和计算机控制***，物料仓、皮带输送机和试验仓由前至后依次设置；物料仓内中部沿前后方向固定设置有竖直隔板，竖直隔板将物料仓内部左右分隔为土壤仓和煤粉仓，长方形投料口的后侧边转动安装有压板组件，压板组件的下部对应封堵试验仓的上端口，压板组件上安装有若干根检测管，各个煤层气含量传感器分别对应安装在各根检测管的上端。本发明能够模拟测试地下煤层结构在不同地下压力和不同温度下的煤层气渗透率，实现异地勘测，节约成本。
Description
技术领域
本发明涉及深部煤层气模拟试验领域，具体的说，涉及一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置及其试验方法。
背景技术
煤层气是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料，我国蕴含的地下煤层气含量巨大，很多蕴含在底下深层的煤层气都暂未发现，现有的勘探方式一般为物探、钻井、测井和先导性排采等方式，但是这些方式无一例外都需要进行野外勘测与动用大型机械设备进行实地勘探，对于需要勘测的地址环境较为恶劣大型机械无法进入的地点则无法进行勘探，同时进行大型机械作业时间较长，勘探进度慢，人力时间成本高。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置及其试验方法，本发明能够模拟测试地下煤层结构在不同地下压力和不同温度下的煤层气渗透率，依据测得的煤层气渗透率判断出不同地下压力和不同温度下的地下煤层结构是否具备蕴含煤层气的可能性，不需要进行实地测试，通过本发明能够进行异地勘测，勘测速度快，可节省大量的人力成本与时间成本。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，包括物料仓、皮带输送机、试验仓、试验平台、提升机构、提升承载板、若干个第一液压油缸、气泵、煤层气储罐、若干个煤层气含量传感器和计算机控制***，物料仓、皮带输送机和试验仓由前至后依次设置；
物料仓通过四根第一支柱固定支撑在地面上，试验平台水平设置在试验仓的正上方，试验仓为顶部敞口的长方形箱体，试验平台的底部四周通过四根第二支柱固定支撑在地面上且位于皮带输送机的后侧，试验平台的中部开设有上下通透且位于试验仓正上方的长方形投料口，物料仓内中部沿前后方向固定设置有竖直隔板，竖直隔板将物料仓内部左右分隔为土壤仓和煤粉仓，物料仓的后侧底部左右间隔设置有土壤排出管和煤粉排出管，土壤排出管的前端与土壤仓内部连通，煤粉排出管的前端与煤粉仓内部连通，皮带输送机沿前后方向且前低后高倾斜设置，皮带输送机由前向后输送物料，皮带输送机的前端为物料接收端，皮带输送机的后端为物料输出端，皮带输送机的前端底部固定支撑在地面上，皮带输送机的后端底部固定支撑在试验平台上前侧中部，土壤排出管和煤粉排出管的后端均对应设置在皮带输送机的前端上方，土壤排出管上设置有土壤开关球阀，煤粉排出管上设置有煤粉开关球阀，皮带输送机的后端位于长方形投料口的上方前侧，长方形投料口的后侧边转动安装有覆盖长方形投料口的压板组件，压板组件的下部对应封堵试验仓的上端口，压板组件上安装有若干根竖向贯穿压板组件的检测管，检测管的下端与压板组件的底部齐平，检测管的上端位于压板组件的上侧，各个煤层气含量传感器分别对应安装在各根检测管的上端，试验平台的后侧中部固定设置有竖直支板，竖直支板的前侧上部与压板组件的顶面中部之间铰接有第二液压油缸，试验平台底部前侧和后侧与地面之间分别固定连接有一根竖直导轨，前侧的竖直导轨位于试验仓的前侧，后侧的竖直导轨位于试验仓的后侧，试验仓的前侧面和后侧面分别通过滑块滑动连接前后两根竖直导轨上，提升机构固定安装在试验平台上，提升承载板设置在试验仓的下方，各个第一液压油缸分别竖直固定安装在提升承载板上且呈矩阵排列若干排，试验仓的底部固定支撑在各个第一液压油缸的活塞杆顶部，试验仓的底部设置有位于各个第一液压油缸的活塞杆顶部的压力传感器，提升机构与提升承载板的四周连接，试验仓的四个侧面中部均连接有一条煤气管道，四条煤气管道的进气口通过一根注气管与煤层气储罐连接，气泵设置在注气管上，计算机控制***分别与皮带输送机、提升机构、各个第一液压油缸、气泵、各个煤层气含量传感器、第二液压油缸和各个压力传感器信号连接。
提升机构包括两个第三液压油缸、提升轴和两套缆索组件，两个第三液压油缸均竖向设置，两个第三液压油缸左右对称固定安装在压板组件的左侧中部和右侧中部，两个第三液压油缸的活塞杆顶部均设置有耳座，耳座的中心孔沿左右方向水平设置，提升轴沿左右方向水平设置并对应穿过铰接在两个耳座的中心孔中，提升轴的左端位于试验平台的左侧边上方左侧，提升轴的右端位于试验平台的右侧边上方右侧，两套缆索组件结构相同且左右对称设置在提升轴的左右两端；
左侧的缆索组件包括提升块、两根缆索和两个提升滑轮，提升块固定安装在提升轴的左端，提升块所在平面沿前后方向竖直设置，提升块呈倒V型结构，提升块的下侧两个角均固定设置有第一吊环，两个提升滑轮分别前后对称转动安装在提升承载板的左侧边前侧部和后侧部，提升滑轮的中心轴沿左右方向水平设置，试验平台的左侧边下侧前侧部和后侧部分别固定设置有第二吊环，前侧的提升滑轮垂直投影位于前侧的第一吊环垂直投影和前侧的第二吊环垂直投影之间，后侧的提升滑轮垂直投影位于后侧的第一吊环垂直投影和后侧的第二吊环垂直投影之间，两根缆索前后对称布置，前侧的缆索一端钩挂在前侧的第一吊环上，前侧的缆索另一端绕过前侧的提升滑轮并钩挂在前侧的第二吊环上，后侧的缆索一端钩挂在后侧的第一吊环上，后侧的缆索另一端绕过后侧的提升滑轮并钩挂在后侧的第二吊环上，提升承载板的底部四周均固定安装有第三支柱，计算机控制***分别与两个第三液压油缸信号连接。
压板组件包括支撑钢板、上压钢板和下压钢板，支撑钢板、上压钢板和下压钢板由上至下依次间隔设置且均为长方形板结构且位于试验仓上端口的正上方，支撑钢板的前侧边长度与长方形投料口的前侧边长度相同，支撑钢板的左侧边长度小于长方形投料口的左侧边长度，支撑钢板的后侧边通过若干合页铰接安装在长方形投料口的后侧边试验平台上，支撑钢板的前侧边左侧部和右侧部均固定安装有限位长挡板，限位长挡板的长度方向沿前后方向设置，限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，第二液压油缸的缸体底部铰接在支撑钢板的上表面中部，第二液压油缸的活塞杆顶部铰接在竖直支板的前侧上部，第二液压油缸的缸体底部铰接轴和第二液压油缸的活塞杆顶部铰接轴均沿左右方向水平设置，两个第三液压油缸左右对称固定安装在支撑钢板的上表面左侧中部和右侧中部，支撑钢板的下表面安装有若干个竖向设置的第四液压油缸，第四液压油缸的活塞杆向下伸出并穿过上压钢板，第四液压油缸的活塞杆下端与下压钢板上表面固定连接，上压钢板的上表面固定安装有若干个竖向设置的第五液压油缸，第五液压油缸的活塞杆向上伸出，第五液压油缸的活塞杆顶部固定连接有倒U型支杆，倒U型支杆的两根竖杆下端穿过上压钢板并固定连接下压钢板的上表面，上压钢板的下表面四侧边和下压钢板的上表面四侧边之间固定连接有橡胶密封圈，上压钢板和下压钢板尺寸相同且略小于试验仓的上端口尺寸，上压钢板、下压钢板和橡胶密封圈的四周外侧边分别与试验仓的内壁四周之间具有0.1-0.5mm的间隙，各根检测管分别竖向贯穿支撑钢板、上压钢板和下压钢板并与支撑钢板、上压钢板和下压钢板密封安装，各根检测管的下端与下压钢板的下表面齐平，各根检测管与下压钢板之间固定连接，各根检测管与支撑钢板和上压钢板之间均为滑动连接，计算机控制***分别与各个第四液压油缸和各个第五液压油缸信号连接。
下压钢板的下表面和试验仓的底部下表面均粘接有若干个应变片，计算机控制***分别与各个应变片信号连接。
试验仓的外部四周均匀安装有若干个间隔设置的竖直加热棒，计算机控制***分别与各根竖直加热棒信号连接。
一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
（1）、制作模拟地下深部煤层试样；
（2）、将压板组件密封封堵试验仓的上端口；
（3）、通过气泵将煤层气储罐中一定量的煤层气注入到试验仓内，使煤层气与地下深部煤层试样充分接触；
（4）、通过控制提升组件、压板组件以及各根加热棒的工作，模拟不同地下压力和不同温度，通过各个煤层气含量传感器测试不同地下压力和不同温度对深部煤层气渗透率的影响。
步骤（1）具体为：首先，初始时关闭土壤开关球阀和煤粉开关球阀，提升承载板的底部通过四根第三支柱支撑在地面上，向土壤仓内填装土壤，向煤粉仓内填装煤粉，将四根缆索分别从相应的第一吊环和第二吊环上取下，然后通过计算机控制***控制第二液压油缸的活塞杆收缩，第二液压油缸带动支撑钢板向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口，启动皮带输送机，打开土壤开关球阀，土壤颗粒从土壤仓内经土壤排出管排出并掉落在皮带输送机上前侧部，皮带输送机将土壤颗粒向后上输送，使一定量的土壤颗粒经长方形投料口掉落至试验仓内形成土壤颗粒堆，然后关闭土壤开关球阀，操控第二液压油缸的活塞杆伸出，第二液压油缸推动支撑钢板向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板为水平状态，压板组件整体将长方形投料口覆盖，两块限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸的活塞杆带动下压钢板和上压钢板一起向下移动，使下压钢板和上压钢板均伸入到试验仓中，下压钢板的下表面压在试验仓内的土壤颗粒堆上，直至将土壤颗粒堆压平且压实，从而在试验仓内底部形成一层土壤层，再操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板和上压钢板从试验仓中向上提出，控制第二液压油缸的活塞杆收缩，第二液压油缸带动支撑钢板向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口，打开煤粉开关球阀，煤粉颗粒从煤粉仓内经煤粉排出管排出并掉落在皮带输送机上前侧部，皮带输送机将煤粉颗粒向后上输送，使一定量的煤粉颗粒经长方形投料口掉落至试验仓内形成煤粉颗粒堆，然后关闭煤粉开关球阀，操控第二液压油缸的活塞杆伸出，第二液压油缸推动支撑钢板向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板为水平状态，压板组件整体将长方形投料口覆盖，两块限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸的活塞杆带动下压钢板和上压钢板一起向下移动，使下压钢板和上压钢板均伸入到试验仓中，下压钢板的下表面压在试验仓内的煤粉颗粒堆上，直至将煤粉颗粒堆压平且压实，从而在试验仓内底部土壤层上形成一层煤层，之后，再操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板和上压钢板从试验仓中向上提出，控制第二液压油缸的活塞杆收缩，第二液压油缸带动支撑钢板向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口，打开土壤开关球阀，土壤颗粒从土壤仓内经土壤排出管排出并掉落在皮带输送机上前侧部，皮带输送机将土壤颗粒向后上输送，使一定量的土壤颗粒经长方形投料口掉落至试验仓内形成土壤颗粒堆，然后关闭土壤开关球阀，操控第二液压油缸的活塞杆伸出，第二液压油缸推动支撑钢板向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板为水平状态，压板组件整体将长方形投料口覆盖，两块限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸的活塞杆带动下压钢板和上压钢板一起向下移动，使下压钢板和上压钢板均伸入到试验仓中，下压钢板的下表面压在试验仓内的土壤颗粒堆上，直至将土壤颗粒堆压平且压实，从而在试验仓内煤层上形成另一层土壤层，如此，便可在试验仓内制作土壤层-煤层-土壤层的三层结构，完成制作模拟地下深部煤层试样。
步骤（2）具体为：操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板和上压钢板从试验仓中向上提出，并保持支撑钢板、上压钢板和下压钢板为初始水平状态，将四根缆索的两端分别对应钩挂在相应的第一吊环和第二吊环上，且四根缆索分别对应绕在相应的四个提升滑轮的下部，四根缆索分别对应悬吊四个提升滑轮，之后操控两个第三液压油缸，使两个液压油缸的活塞杆同步向上伸出，两个液压油缸的活塞杆向上推动提升轴稳步提升，提升轴的两端带动两个提升块同步向上移动，则两个提升块分别带动四根缆索的一端向上提升，四根缆索分别对应拉动四个提升滑轮向上移动，进而将提升承载板向上提起，提升承载板带动各个第一液压油缸一起向上移动，由于试验仓的底部固定支撑在各个第一液压油缸的活塞杆顶部，则各个第一液压油缸推动试验仓向上移动，试验仓通过滑块沿两根竖直导轨向上滑动，直至上压钢板和下压钢板均伸入到试验仓的上端口内部且下压钢板的下表面紧压在试验仓内最上层土壤层上，然后，操控各个第五液压油缸，使各个第五液压油缸的活塞杆向上伸出，由于第五液压油缸的活塞杆顶部固定连接有倒U型支杆，倒U型支杆的两根竖杆下端穿过上压钢板并固定连接下压钢板的上表面，则下压钢板保持固定的情况下，各个第五液压油缸的缸体便会向下推动上压钢板移动，上压钢板和下压钢板挤压橡胶密封圈，使橡胶密封圈发生变形，橡胶密封圈的外周向外挤出并与试验仓内壁四周密封接触，从而将试验仓的上端口密封封堵。
步骤（3）具体为：启动气泵，气泵将煤层气储罐中一定量的煤层气通过注气管和四条煤气管道注入到试验仓内，使煤层气与地下深部煤层试样充分接触。
步骤（4）具体为：在向试验仓内注入一定量的煤层气后，根据试验所需压力，操控两个第三液压油缸，使两个第三液压油缸的活塞杆同步向上伸出，则提升轴的两端带动两个提升块向上提四根缆索，四根缆索分别上提四个提升滑轮，将提升承载板向上提，进而将试验仓上提，使下压钢板下表面与试验仓内最上层土壤层挤压，由于下压钢板的下表面和试验仓的底部下表面均粘接有若干个应变片，试验仓的底部设置有位于各个第一液压油缸的活塞杆顶部的压力传感器，根据各个应变片的数据及各个压力传感器的数据，对各个第一液压油缸和各个第四液压油缸进行调控，实现对试验仓内地下深部煤层试样各处压力进行调节，模拟不同地下压力，同时根据试验需要打开各根加热棒对试验仓进行加热，模拟不同温度，各个煤层气含量传感器测得试验仓内煤层气含量的变化，进而测试得到不同地下压力和不同温度对深部煤层气渗透率的影响。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明能够模拟测试地下煤层结构在不同地下压力和不同温度下的煤层气渗透率，依据测得的煤层气渗透率判断出不同地下压力和不同温度下的地下煤层结构是否具备蕴含煤层气的可能性，不需要进行实地测试，通过本发明能够进行异地勘测，勘测速度快，可节省大量的人力成本与时间成本。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的工作示意图一。
图4是本发明的工作示意图二。
图5是本发明的工作示意图三。
图6是本发明的压板组件的结构示意图。
图7是图1中A处局部放大图。
图8是图1中B处局部放大图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图8所示，一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，包括物料仓、皮带输送机1、试验仓2、试验平台3、提升机构、提升承载板4、若干个第一液压油缸5、气泵6、煤层气储罐、若干个煤层气含量传感器8和计算机控制***，物料仓、皮带输送机1和试验仓2由前至后依次设置；
物料仓通过四根第一支柱9固定支撑在地面上，试验平台3水平设置在试验仓2的正上方，试验仓2为顶部敞口的长方形箱体，试验平台3的底部四周通过四根第二支柱10固定支撑在地面上且位于皮带输送机1的后侧，试验平台3的中部开设有上下通透且位于试验仓2正上方的长方形投料口11，物料仓内中部沿前后方向固定设置有竖直隔板12，竖直隔板12将物料仓内部左右分隔为土壤仓13和煤粉仓14，物料仓的后侧底部左右间隔设置有土壤排出管15和煤粉排出管16，土壤排出管15的前端与土壤仓13内部连通，煤粉排出管16的前端与煤粉仓14内部连通，皮带输送机1沿前后方向且前低后高倾斜设置，皮带输送机1由前向后输送物料，皮带输送机1的前端为物料接收端，皮带输送机1的后端为物料输出端，皮带输送机1的前端底部固定支撑在地面上，皮带输送机1的后端底部固定支撑在试验平台3上前侧中部，土壤排出管15和煤粉排出管16的后端均对应设置在皮带输送机1的前端上方，土壤排出管15上设置有土壤开关球阀17，煤粉排出管16上设置有煤粉开关球阀18，皮带输送机1的后端位于长方形投料口11的上方前侧，长方形投料口11的后侧边转动安装有覆盖长方形投料口11的压板组件，压板组件的下部对应封堵试验仓2的上端口，压板组件上安装有若干根竖向贯穿压板组件的检测管19，检测管19的下端与压板组件的底部齐平，检测管19的上端位于压板组件的上侧，各个煤层气含量传感器8分别对应安装在各根检测管19的上端，试验平台3的后侧中部固定设置有竖直支板20，竖直支板20的前侧上部与压板组件的顶面中部之间铰接有第二液压油缸21，试验平台3底部前侧和后侧与地面之间分别固定连接有一根竖直导轨22，前侧的竖直导轨22位于试验仓2的前侧，后侧的竖直导轨22位于试验仓2的后侧，试验仓2的前侧面和后侧面分别通过滑块23滑动连接前后两根竖直导轨22上，提升机构固定安装在试验平台3上，提升承载板4设置在试验仓2的下方，各个第一液压油缸5分别竖直固定安装在提升承载板4上且呈矩阵排列若干排，试验仓2的底部固定支撑在各个第一液压油缸5的活塞杆顶部，试验仓2的底部设置有位于各个第一液压油缸5的活塞杆顶部的压力传感器24，提升机构与提升承载板4的四周连接，试验仓2的四个侧面中部均连接有一条煤气管道，四条煤气管道的进气口通过一根注气管25与煤层气储罐连接，气泵6设置在注气管25上，计算机控制***分别与皮带输送机1、提升机构、各个第一液压油缸5、气泵6、各个煤层气含量传感器8、第二液压油缸21和各个压力传感器24信号连接。
提升机构包括两个第三液压油缸26、提升轴27和两套缆索组件，两个第三液压油缸26均竖向设置，两个第三液压油缸26左右对称固定安装在压板组件的左侧中部和右侧中部，两个第三液压油缸26的活塞杆顶部均设置有耳座28，耳座28的中心孔沿左右方向水平设置，提升轴27沿左右方向水平设置并对应穿过铰接在两个耳座28的中心孔中，提升轴27的左端位于试验平台3的左侧边上方左侧，提升轴27的右端位于试验平台3的右侧边上方右侧，两套缆索组件结构相同且左右对称设置在提升轴27的左右两端；
左侧的缆索组件包括提升块29、两根缆索30和两个提升滑轮31，提升块29固定安装在提升轴27的左端，提升块29所在平面沿前后方向竖直设置，提升块29呈倒V型结构，提升块29的下侧两个角均固定设置有第一吊环32，两个提升滑轮31分别前后对称转动安装在提升承载板4的左侧边前侧部和后侧部，提升滑轮31的中心轴沿左右方向水平设置，试验平台3的左侧边下侧前侧部和后侧部分别固定设置有第二吊环33，前侧的提升滑轮31垂直投影位于前侧的第一吊环32垂直投影和前侧的第二吊环33垂直投影之间，后侧的提升滑轮31垂直投影位于后侧的第一吊环32垂直投影和后侧的第二吊环33垂直投影之间，两根缆索30前后对称布置，前侧的缆索30一端钩挂在前侧的第一吊环32上，前侧的缆索30另一端绕过前侧的提升滑轮31并钩挂在前侧的第二吊环33上，后侧的缆索30一端钩挂在后侧的第一吊环32上，后侧的缆索30另一端绕过后侧的提升滑轮31并钩挂在后侧的第二吊环33上，提升承载板4的底部四周均固定安装有第三支柱7，计算机控制***分别与两个第三液压油缸26信号连接。
压板组件包括支撑钢板34、上压钢板35和下压钢板36，支撑钢板34、上压钢板35和下压钢板36由上至下依次间隔设置且均为长方形板结构且位于试验仓2上端口的正上方，支撑钢板34的前侧边长度与长方形投料口11的前侧边长度相同，支撑钢板34的左侧边长度小于长方形投料口11的左侧边长度，支撑钢板34的后侧边通过若干合页37铰接安装在长方形投料口11的后侧边试验平台3上，支撑钢板34的前侧边左侧部和右侧部均固定安装有限位长挡板38，限位长挡板38的长度方向沿前后方向设置，限位长挡板38的前侧部搭接在长方形投料口11的前侧边前侧上部，第二液压油缸21的缸体底部铰接在支撑钢板34的上表面中部，第二液压油缸21的活塞杆顶部铰接在竖直支板20的前侧上部，第二液压油缸21的缸体底部铰接轴和第二液压油缸21的活塞杆顶部铰接轴均沿左右方向水平设置，两个第三液压油缸26左右对称固定安装在支撑钢板34的上表面左侧中部和右侧中部，支撑钢板34的下表面安装有若干个竖向设置的第四液压油缸39，第四液压油缸39的活塞杆向下伸出并穿过上压钢板35，第四液压油缸39的活塞杆下端与下压钢板36上表面固定连接，上压钢板35的上表面固定安装有若干个竖向设置的第五液压油缸40，第五液压油缸40的活塞杆向上伸出，第五液压油缸40的活塞杆顶部固定连接有倒U型支杆41，倒U型支杆41的两根竖杆下端穿过上压钢板35并固定连接下压钢板36的上表面，上压钢板35的下表面四侧边和下压钢板36的上表面四侧边之间固定连接有橡胶密封圈42，上压钢板35和下压钢板36尺寸相同且略小于试验仓2的上端口尺寸，上压钢板35、下压钢板36和橡胶密封圈42的四周外侧边分别与试验仓2的内壁四周之间具有0.1-0.5mm的间隙，各根检测管19分别竖向贯穿支撑钢板34、上压钢板35和下压钢板36并与支撑钢板34、上压钢板35和下压钢板36密封安装，各根检测管19的下端与下压钢板36的下表面齐平，各根检测管19与下压钢板36之间固定连接，各根检测管19与支撑钢板34和上压钢板35之间均为滑动连接，计算机控制***分别与各个第四液压油缸39和各个第五液压油缸40信号连接。
下压钢板36的下表面和试验仓2的底部下表面均粘接有若干个应变片，计算机控制***分别与各个应变片信号连接。
试验仓2的外部四周均匀安装有若干个间隔设置的竖直加热棒43，计算机控制***分别与各根竖直加热棒43信号连接。
煤层气储罐、计算机控制***和应变片在图中未示出。
一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，具体包括以下步骤：
（1）、制作模拟地下深部煤层试样；
（2）、将压板组件密封封堵试验仓2的上端口；
（3）、通过气泵6将煤层气储罐中一定量的煤层气注入到试验仓2内，使煤层气与地下深部煤层试样充分接触；
（4）、通过控制提升组件、压板组件以及各根加热棒的工作，模拟不同地下压力和不同温度，通过各个煤层气含量传感器8测试不同地下压力和不同温度对深部煤层气渗透率的影响。
步骤（1）具体为：首先，初始时关闭土壤开关球阀17和煤粉开关球阀18，提升承载板4的底部通过四根第三支柱7支撑在地面上，向土壤仓13内填装土壤，向煤粉仓14内填装煤粉，将四根缆索30分别从相应的第一吊环32和第二吊环33上取下，然后通过计算机控制***控制第二液压油缸21的活塞杆收缩，第二液压油缸21带动支撑钢板34向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口11，启动皮带输送机1，打开土壤开关球阀17，土壤颗粒从土壤仓13内经土壤排出管15排出并掉落在皮带输送机1上前侧部，皮带输送机1将土壤颗粒向后上输送，使一定量的土壤颗粒经长方形投料口11掉落至试验仓2内形成土壤颗粒堆，然后关闭土壤开关球阀17，操控第二液压油缸21的活塞杆伸出，第二液压油缸21推动支撑钢板34向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板34为水平状态，压板组件整体将长方形投料口11覆盖，两块限位长挡板38的前侧部搭接在长方形投料口11的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸39的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸39的活塞杆带动下压钢板36和上压钢板35一起向下移动，使下压钢板36和上压钢板35均伸入到试验仓2中，下压钢板36的下表面压在试验仓2内的土壤颗粒堆上，直至将土壤颗粒堆压平且压实，从而在试验仓2内底部形成一层土壤层，再操控各个第四液压油缸39的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板36和上压钢板35从试验仓2中向上提出，控制第二液压油缸21的活塞杆收缩，第二液压油缸21带动支撑钢板34向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口11，打开煤粉开关球阀18，煤粉颗粒从煤粉仓14内经煤粉排出管16排出并掉落在皮带输送机1上前侧部，皮带输送机1将煤粉颗粒向后上输送，使一定量的煤粉颗粒经长方形投料口11掉落至试验仓2内形成煤粉颗粒堆，然后关闭煤粉开关球阀18，操控第二液压油缸21的活塞杆伸出，第二液压油缸21推动支撑钢板34向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板34为水平状态，压板组件整体将长方形投料口11覆盖，两块限位长挡板38的前侧部搭接在长方形投料口11的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸39的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸39的活塞杆带动下压钢板36和上压钢板35一起向下移动，使下压钢板36和上压钢板35均伸入到试验仓2中，下压钢板36的下表面压在试验仓2内的煤粉颗粒堆上，直至将煤粉颗粒堆压平且压实，从而在试验仓2内底部土壤层上形成一层煤层，之后，再操控各个第四液压油缸39的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板36和上压钢板35从试验仓2中向上提出，控制第二液压油缸21的活塞杆收缩，第二液压油缸21带动支撑钢板34向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口11，打开土壤开关球阀17，土壤颗粒从土壤仓13内经土壤排出管15排出并掉落在皮带输送机1上前侧部，皮带输送机1将土壤颗粒向后上输送，使一定量的土壤颗粒经长方形投料口11掉落至试验仓2内形成土壤颗粒堆，然后关闭土壤开关球阀17，操控第二液压油缸21的活塞杆伸出，第二液压油缸21推动支撑钢板34向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板34为水平状态，压板组件整体将长方形投料口11覆盖，两块限位长挡板38的前侧部搭接在长方形投料口11的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸39的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸39的活塞杆带动下压钢板36和上压钢板35一起向下移动，使下压钢板36和上压钢板35均伸入到试验仓2中，下压钢板36的下表面压在试验仓2内的土壤颗粒堆上，直至将土壤颗粒堆压平且压实，从而在试验仓2内煤层上形成另一层土壤层，如此，便可在试验仓2内制作土壤层-煤层-土壤层的三层结构，完成制作模拟地下深部煤层试样。
步骤（2）具体为：操控各个第四液压油缸39的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板36和上压钢板35从试验仓2中向上提出，并保持支撑钢板34、上压钢板35和下压钢板36为初始水平状态，将四根缆索30的两端分别对应钩挂在相应的第一吊环32和第二吊环33上，且四根缆索30分别对应绕在相应的四个提升滑轮31的下部，四根缆索30分别对应悬吊四个提升滑轮31，之后操控两个第三液压油缸26，使两个液压油缸的活塞杆同步向上伸出，两个液压油缸的活塞杆向上推动提升轴27稳步提升，提升轴27的两端带动两个提升块29同步向上移动，则两个提升块29分别带动四根缆索30的一端向上提升，四根缆索30分别对应拉动四个提升滑轮31向上移动，进而将提升承载板4向上提起，提升承载板4带动各个第一液压油缸5一起向上移动，由于试验仓2的底部固定支撑在各个第一液压油缸5的活塞杆顶部，则各个第一液压油缸5推动试验仓2向上移动，试验仓2通过滑块23沿两根竖直导轨22向上滑动，直至上压钢板35和下压钢板36均伸入到试验仓2的上端口内部且下压钢板36的下表面紧压在试验仓2内最上层土壤层上，然后，操控各个第五液压油缸40，使各个第五液压油缸40的活塞杆向上伸出，由于第五液压油缸40的活塞杆顶部固定连接有倒U型支杆41，倒U型支杆41的两根竖杆下端穿过上压钢板35并固定连接下压钢板36的上表面，则下压钢板36保持固定的情况下，各个第五液压油缸40的缸体便会向下推动上压钢板35移动，上压钢板35和下压钢板36挤压橡胶密封圈42，使橡胶密封圈42发生变形，橡胶密封圈42的外周向外挤出并与试验仓2内壁四周密封接触，从而将试验仓2的上端口密封封堵。
步骤（3）具体为：启动气泵6，气泵6将煤层气储罐中一定量的煤层气通过注气管25和四条煤气管道注入到试验仓2内，使煤层气与地下深部煤层试样充分接触。
步骤（4）具体为：在向试验仓2内注入一定量的煤层气后，根据试验所需压力，操控两个第三液压油缸26，使两个第三液压油缸26的活塞杆同步向上伸出，则提升轴27的两端带动两个提升块29向上提四根缆索30，四根缆索30分别上提四个提升滑轮31，将提升承载板4向上提，进而将试验仓2上提，使下压钢板36下表面与试验仓2内最上层土壤层挤压，由于下压钢板36的下表面和试验仓2的底部下表面均粘接有若干个应变片，试验仓2的底部设置有位于各个第一液压油缸5的活塞杆顶部的压力传感器24，根据各个应变片的数据及各个压力传感器24的数据，对各个第一液压油缸5和各个第四液压油缸39进行调控，实现对试验仓2内地下深部煤层试样各处压力进行调节，模拟不同地下压力，同时根据试验需要打开各根加热棒对试验仓2进行加热，模拟不同温度，各个煤层气含量传感器8测得试验仓2内煤层气含量的变化，进而测试得到不同地下压力和不同温度对深部煤层气渗透率的影响。
本发明能够模拟测试地下煤层结构在不同地下压力和不同温度下的煤层气渗透率，依据测得的煤层气渗透率判断出不同地下压力和不同温度下的地下煤层结构是否具备蕴含煤层气的可能性，不需要进行实地测试，通过本发明能够进行异地勘测，勘测速度快，可节省大量的人力成本与时间成本。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，其特征在于：包括物料仓、皮带输送机、试验仓、试验平台、提升机构、提升承载板、若干个第一液压油缸、气泵、煤层气储罐、若干个煤层气含量传感器和计算机控制***，物料仓、皮带输送机和试验仓由前至后依次设置；
物料仓通过四根第一支柱固定支撑在地面上，试验平台水平设置在试验仓的正上方，试验仓为顶部敞口的长方形箱体，试验平台的底部四周通过四根第二支柱固定支撑在地面上且位于皮带输送机的后侧，试验平台的中部开设有上下通透且位于试验仓正上方的长方形投料口，物料仓内中部沿前后方向固定设置有竖直隔板，竖直隔板将物料仓内部左右分隔为土壤仓和煤粉仓，物料仓的后侧底部左右间隔设置有土壤排出管和煤粉排出管，土壤排出管的前端与土壤仓内部连通，煤粉排出管的前端与煤粉仓内部连通，皮带输送机沿前后方向且前低后高倾斜设置，皮带输送机由前向后输送物料，皮带输送机的前端为物料接收端，皮带输送机的后端为物料输出端，皮带输送机的前端底部固定支撑在地面上，皮带输送机的后端底部固定支撑在试验平台上前侧中部，土壤排出管和煤粉排出管的后端均对应设置在皮带输送机的前端上方，土壤排出管上设置有土壤开关球阀，煤粉排出管上设置有煤粉开关球阀，皮带输送机的后端位于长方形投料口的上方前侧，长方形投料口的后侧边转动安装有覆盖长方形投料口的压板组件，压板组件的下部对应封堵试验仓的上端口，压板组件上安装有若干根竖向贯穿压板组件的检测管，检测管的下端与压板组件的底部齐平，检测管的上端位于压板组件的上侧，各个煤层气含量传感器分别对应安装在各根检测管的上端，试验平台的后侧中部固定设置有竖直支板，竖直支板的前侧上部与压板组件的顶面中部之间铰接有第二液压油缸，试验平台底部前侧和后侧与地面之间分别固定连接有一根竖直导轨，前侧的竖直导轨位于试验仓的前侧，后侧的竖直导轨位于试验仓的后侧，试验仓的前侧面和后侧面分别通过滑块滑动连接前后两根竖直导轨上，提升机构固定安装在试验平台上，提升承载板设置在试验仓的下方，各个第一液压油缸分别竖直固定安装在提升承载板上且呈矩阵排列若干排，试验仓的底部固定支撑在各个第一液压油缸的活塞杆顶部，试验仓的底部设置有位于各个第一液压油缸的活塞杆顶部的压力传感器，提升机构与提升承载板的四周连接，试验仓的四个侧面中部均连接有一条煤气管道，四条煤气管道的进气口通过一根注气管与煤层气储罐连接，气泵设置在注气管上，计算机控制***分别与皮带输送机、提升机构、各个第一液压油缸、气泵、各个煤层气含量传感器、第二液压油缸和各个压力传感器信号连接。
2.根据权利要求1所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，其特征在于：提升机构包括两个第三液压油缸、提升轴和两套缆索组件，两个第三液压油缸均竖向设置，两个第三液压油缸左右对称固定安装在压板组件的左侧中部和右侧中部，两个第三液压油缸的活塞杆顶部均设置有耳座，耳座的中心孔沿左右方向水平设置，提升轴沿左右方向水平设置并对应穿过铰接在两个耳座的中心孔中，提升轴的左端位于试验平台的左侧边上方左侧，提升轴的右端位于试验平台的右侧边上方右侧，两套缆索组件结构相同且左右对称设置在提升轴的左右两端；
左侧的缆索组件包括提升块、两根缆索和两个提升滑轮，提升块固定安装在提升轴的左端，提升块所在平面沿前后方向竖直设置，提升块呈倒V型结构，提升块的下侧两个角均固定设置有第一吊环，两个提升滑轮分别前后对称转动安装在提升承载板的左侧边前侧部和后侧部，提升滑轮的中心轴沿左右方向水平设置，试验平台的左侧边下侧前侧部和后侧部分别固定设置有第二吊环，前侧的提升滑轮垂直投影位于前侧的第一吊环垂直投影和前侧的第二吊环垂直投影之间，后侧的提升滑轮垂直投影位于后侧的第一吊环垂直投影和后侧的第二吊环垂直投影之间，两根缆索前后对称布置，前侧的缆索一端钩挂在前侧的第一吊环上，前侧的缆索另一端绕过前侧的提升滑轮并钩挂在前侧的第二吊环上，后侧的缆索一端钩挂在后侧的第一吊环上，后侧的缆索另一端绕过后侧的提升滑轮并钩挂在后侧的第二吊环上，提升承载板的底部四周均固定安装有第三支柱，计算机控制***分别与两个第三液压油缸信号连接。
3.根据权利要求2所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，其特征在于：压板组件包括支撑钢板、上压钢板和下压钢板，支撑钢板、上压钢板和下压钢板由上至下依次间隔设置且均为长方形板结构且位于试验仓上端口的正上方，支撑钢板的前侧边长度与长方形投料口的前侧边长度相同，支撑钢板的左侧边长度小于长方形投料口的左侧边长度，支撑钢板的后侧边通过若干合页铰接安装在长方形投料口的后侧边试验平台上，支撑钢板的前侧边左侧部和右侧部均固定安装有限位长挡板，限位长挡板的长度方向沿前后方向设置，限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，第二液压油缸的缸体底部铰接在支撑钢板的上表面中部，第二液压油缸的活塞杆顶部铰接在竖直支板的前侧上部，第二液压油缸的缸体底部铰接轴和第二液压油缸的活塞杆顶部铰接轴均沿左右方向水平设置，两个第三液压油缸左右对称固定安装在支撑钢板的上表面左侧中部和右侧中部，支撑钢板的下表面安装有若干个竖向设置的第四液压油缸，第四液压油缸的活塞杆向下伸出并穿过上压钢板，第四液压油缸的活塞杆下端与下压钢板上表面固定连接，上压钢板的上表面固定安装有若干个竖向设置的第五液压油缸，第五液压油缸的活塞杆向上伸出，第五液压油缸的活塞杆顶部固定连接有倒U型支杆，倒U型支杆的两根竖杆下端穿过上压钢板并固定连接下压钢板的上表面，上压钢板的下表面四侧边和下压钢板的上表面四侧边之间固定连接有橡胶密封圈，上压钢板和下压钢板尺寸相同且略小于试验仓的上端口尺寸，上压钢板、下压钢板和橡胶密封圈的四周外侧边分别与试验仓的内壁四周之间具有0.1-0.5mm的间隙，各根检测管分别竖向贯穿支撑钢板、上压钢板和下压钢板并与支撑钢板、上压钢板和下压钢板密封安装，各根检测管的下端与下压钢板的下表面齐平，各根检测管与下压钢板之间固定连接，各根检测管与支撑钢板和上压钢板之间均为滑动连接，计算机控制***分别与各个第四液压油缸和各个第五液压油缸信号连接。
4.根据权利要求3所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，其特征在于：下压钢板的下表面和试验仓的底部下表面均粘接有若干个应变片，计算机控制***分别与各个应变片信号连接。
5.根据权利要求4所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置，其特征在于：试验仓的外部四周均匀安装有若干个间隔设置的竖直加热棒，计算机控制***分别与各根竖直加热棒信号连接。
6.如权利要求5所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）、制作模拟地下深部煤层试样；
（2）、将压板组件密封封堵试验仓的上端口；
（3）、通过气泵将煤层气储罐中一定量的煤层气注入到试验仓内，使煤层气与地下深部煤层试样充分接触；
（4）、通过控制提升组件、压板组件以及各根加热棒的工作，模拟不同地下压力和不同温度，通过各个煤层气含量传感器测试不同地下压力和不同温度对深部煤层气渗透率的影响。
7.根据权利要求6所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（1）具体为：首先，初始时关闭土壤开关球阀和煤粉开关球阀，提升承载板的底部通过四根第三支柱支撑在地面上，向土壤仓内填装土壤，向煤粉仓内填装煤粉，将四根缆索分别从相应的第一吊环和第二吊环上取下，然后通过计算机控制***控制第二液压油缸的活塞杆收缩，第二液压油缸带动支撑钢板向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口，启动皮带输送机，打开土壤开关球阀，土壤颗粒从土壤仓内经土壤排出管排出并掉落在皮带输送机上前侧部，皮带输送机将土壤颗粒向后上输送，使一定量的土壤颗粒经长方形投料口掉落至试验仓内形成土壤颗粒堆，然后关闭土壤开关球阀，操控第二液压油缸的活塞杆伸出，第二液压油缸推动支撑钢板向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板为水平状态，压板组件整体将长方形投料口覆盖，两块限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸的活塞杆带动下压钢板和上压钢板一起向下移动，使下压钢板和上压钢板均伸入到试验仓中，下压钢板的下表面压在试验仓内的土壤颗粒堆上，直至将土壤颗粒堆压平且压实，从而在试验仓内底部形成一层土壤层，再操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板和上压钢板从试验仓中向上提出，控制第二液压油缸的活塞杆收缩，第二液压油缸带动支撑钢板向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口，打开煤粉开关球阀，煤粉颗粒从煤粉仓内经煤粉排出管排出并掉落在皮带输送机上前侧部，皮带输送机将煤粉颗粒向后上输送，使一定量的煤粉颗粒经长方形投料口掉落至试验仓内形成煤粉颗粒堆，然后关闭煤粉开关球阀，操控第二液压油缸的活塞杆伸出，第二液压油缸推动支撑钢板向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板为水平状态，压板组件整体将长方形投料口覆盖，两块限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸的活塞杆带动下压钢板和上压钢板一起向下移动，使下压钢板和上压钢板均伸入到试验仓中，下压钢板的下表面压在试验仓内的煤粉颗粒堆上，直至将煤粉颗粒堆压平且压实，从而在试验仓内底部土壤层上形成一层煤层，之后，再操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板和上压钢板从试验仓中向上提出，控制第二液压油缸的活塞杆收缩，第二液压油缸带动支撑钢板向后上翻转，使压板组件整体向后上翻转，打开长方形投料口，打开土壤开关球阀，土壤颗粒从土壤仓内经土壤排出管排出并掉落在皮带输送机上前侧部，皮带输送机将土壤颗粒向后上输送，使一定量的土壤颗粒经长方形投料口掉落至试验仓内形成土壤颗粒堆，然后关闭土壤开关球阀，操控第二液压油缸的活塞杆伸出，第二液压油缸推动支撑钢板向前下翻转，使压板组件整体向前下翻转，直至支撑钢板为水平状态，压板组件整体将长方形投料口覆盖，两块限位长挡板的前侧部搭接在长方形投料口的前侧边前侧上部，操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向下伸出，各个第四液压油缸的活塞杆带动下压钢板和上压钢板一起向下移动，使下压钢板和上压钢板均伸入到试验仓中，下压钢板的下表面压在试验仓内的土壤颗粒堆上，直至将土壤颗粒堆压平且压实，从而在试验仓内煤层上形成另一层土壤层，如此，便可在试验仓内制作土壤层-煤层-土壤层的三层结构，完成制作模拟地下深部煤层试样。
8.根据权利要求7所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（2）具体为：操控各个第四液压油缸的活塞杆同步向上收缩，将下压钢板和上压钢板从试验仓中向上提出，并保持支撑钢板、上压钢板和下压钢板为初始水平状态，将四根缆索的两端分别对应钩挂在相应的第一吊环和第二吊环上，且四根缆索分别对应绕在相应的四个提升滑轮的下部，四根缆索分别对应悬吊四个提升滑轮，之后操控两个第三液压油缸，使两个液压油缸的活塞杆同步向上伸出，两个液压油缸的活塞杆向上推动提升轴稳步提升，提升轴的两端带动两个提升块同步向上移动，则两个提升块分别带动四根缆索的一端向上提升，四根缆索分别对应拉动四个提升滑轮向上移动，进而将提升承载板向上提起，提升承载板带动各个第一液压油缸一起向上移动，由于试验仓的底部固定支撑在各个第一液压油缸的活塞杆顶部，则各个第一液压油缸推动试验仓向上移动，试验仓通过滑块沿两根竖直导轨向上滑动，直至上压钢板和下压钢板均伸入到试验仓的上端口内部且下压钢板的下表面紧压在试验仓内最上层土壤层上，然后，操控各个第五液压油缸，使各个第五液压油缸的活塞杆向上伸出，由于第五液压油缸的活塞杆顶部固定连接有倒U型支杆，倒U型支杆的两根竖杆下端穿过上压钢板并固定连接下压钢板的上表面，则下压钢板保持固定的情况下，各个第五液压油缸的缸体便会向下推动上压钢板移动，上压钢板和下压钢板挤压橡胶密封圈，使橡胶密封圈发生变形，橡胶密封圈的外周向外挤出并与试验仓内壁四周密封接触，从而将试验仓的上端口密封封堵。
9.根据权利要求8所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（3）具体为：启动气泵，气泵将煤层气储罐中一定量的煤层气通过注气管和四条煤气管道注入到试验仓内，使煤层气与地下深部煤层试样充分接触。
10.根据权利要求9所述的模拟研究深部煤层气渗透率试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（4）具体为：在向试验仓内注入一定量的煤层气后，根据试验所需压力，操控两个第三液压油缸，使两个第三液压油缸的活塞杆同步向上伸出，则提升轴的两端带动两个提升块向上提四根缆索，四根缆索分别上提四个提升滑轮，将提升承载板向上提，进而将试验仓上提，使下压钢板下表面与试验仓内最上层土壤层挤压，由于下压钢板的下表面和试验仓的底部下表面均粘接有若干个应变片，试验仓的底部设置有位于各个第一液压油缸的活塞杆顶部的压力传感器，根据各个应变片的数据及各个压力传感器的数据，对各个第一液压油缸和各个第四液压油缸进行调控，实现对试验仓内地下深部煤层试样各处压力进行调节，模拟不同地下压力，同时根据试验需要打开各根加热棒对试验仓进行加热，模拟不同温度，各个煤层气含量传感器测得试验仓内煤层气含量的变化，进而测试得到不同地下压力和不同温度对深部煤层气渗透率的影响，从而根据渗透率判断相应地质条件下煤层气是否满足开采要求。
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