本实用新型专利技术公开了一种水与煤中瓦斯置换效应测试装置，包括高压甲烷充气系统、真空脱气系统、等压注水系统、瓦斯吸附解吸系统和温度控制系统；瓦斯吸附解吸系统包括煤样罐，煤样罐与等压注水系统的出水管相连，煤样罐连接有另一管路，该管路通过四通阀分别连接有压力传感器、等压注水系统的进水管和三通阀，三通阀与甲烷充气系统、真空脱气系统相连；等压注水系统和瓦斯吸附解吸系统置于温度控制系统中。本实用新型专利技术克服了煤层注水模拟实验装置的不足，提出了利用等压注水的方式湿润煤体，消除高压水对煤中瓦斯驱替作用的影响，单独研究水分对煤中瓦斯的置换效应，并通过控制水量和平衡压力，定量研究不同平衡压力下，不同水量对瓦斯的置换效果。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于瓦斯实验装置
，具体涉及一种水与煤中瓦斯置换效应测 试装置。
技术介绍
煤层注水是治理矿井瓦斯的一项重要措施，注水湿润煤体，可使煤的力学性质发 生明显变化，煤的弹性和强度减小，塑性增大，从而使巷道前方的压力分布发生变化，即高 压力向煤体深部转移，压力集中系数减小。同时，煤体湿润后，其透气性也将成百上千倍的 降低，水对瓦斯的运动起到明显的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和涌出速度都在大幅度下降， 从而消除或降低煤层的突出危险。 水分能够对煤中瓦斯赋存状态产生重要影响，但其影响机理十分复杂，目前研究 尚不透彻。水分接触煤体后，在毛细管力作用下逐渐湿润煤体，由于水分子极性强，更容易 被煤吸附，从而将煤中甲烷置换出来。为了更好地认识水分对煤中瓦斯吸附解吸特性的影 响机理，有关学者在实验室开展了模拟实验研究，但是注水方式存在局限性，由于大都采用 高压注水的方式向煤中注水，高压注水使得水分带有压力，这样不仅能置换煤中瓦斯，而且 还能驱替瓦斯，使得解吸出来的瓦斯是由置换和驱替两种因素共同作用引起的，无法确定 单一因素对瓦斯解吸的促进作用。
技术实现思路
为了深入认识水分对瓦斯解吸特性的影响，本技术提供了一种结构简单、可 进行等压注水和定量分析的水与煤中瓦斯置换效应测试装置。 为实现上述目的，本技术采取的技术方案如下： -种水与煤中瓦斯置换效应测试装置，包括高压甲烷充气系统、真空脱气系统、等 压注水系统、瓦斯吸附解吸系统和温度控制系统，高压甲烷充气系统、真空脱气系统、等压 注水系统分别与瓦斯吸附解吸系统相连接，其中：高压甲烷充气系统包括内置有压力显示 器的高压甲烷储罐和充气管道，充气管道上设有减压阀；真空脱气系统包括通过真空管道 顺次连接的真空栗、电阻式真空计和控制阀；等压注水系统包括储水罐和放置于储水罐中 的定容钢珠，储水罐上端连接有进水管道，进水管道上通过第一三通阀分别连接有进水阀 和等压控制阀，储水罐下端连接有出水管道，出水管道上设有出水阀；瓦斯吸附解吸系统 包括煤样罐、压力传感器和数据采集器，煤样罐上连接有压力调节管道，压力调节管道上设 有四通阀，四通阀一端连接有截止阀，四通阀另一端与压力传感器相连，压力传感器与数据 采集器连接；温度控制系统包括恒温水浴箱；高压甲烷充气系统的充气管道、真空脱气系 统的真空管道分别通过第二三通阀与截止阀相连，等压注水系统的出水管道与煤样罐相连 通，等压注水系统的等压控制阀与压力调节管道相连；所述等压注水系统和瓦斯吸附解吸 系统位于恒温水浴箱中。 优选地，真空栗为直联旋片式真空栗。 优选地，储水罐为不锈钢材质，耐压强度为20兆帕。 优选地，定容钢珠的体积规格包括1毫升、2毫升、5毫升或10毫升，定容钢珠为不 锈钢材质，耐压强度为20兆帕。 优选地，恒温水浴箱的温度调节范围为5~95摄氏度，恒温波动度不大于0. 05摄 氏度。 本技术克服了以往煤层注水模拟实验装置的不足，提出了利用等压注水的方 式湿润煤体，通过等压注水系统与瓦斯吸附解吸系统连通，保持了压力相等，水分注入煤体 后，在煤中只依靠毛细管力运动，消除高压水对煤中瓦斯驱替作用的影响，单独研究水分对 煤中瓦斯的置换效应，并且通过控制水量和平衡压力，可以定量化研究不同平衡压力下，不 同水量对瓦斯的置换效果。同时，本技术利用压力传感器监测瓦斯压力变化情况，具有 精度高，读数方便，操作简单等优点。【附图说明】 图1是本技术所述水与煤中瓦斯置换效应测试装置的结构示意图。【具体实施方式】 实施例1 如图1所示，一种水与煤中瓦斯置换效应测试装置，包括高压甲烷充气系统、真空 脱气系统、等压注水系统、瓦斯吸附解吸系统和温度控制系统，高压甲烷充气系统、真空脱 气系统、等压注水系统分别与吸附解吸系统相连接，其中：高压甲烷充气系统包括高压甲烷 储罐1和充气管道10,高压甲烷气源1内置有压力显示器，充气管道10上设有减压阀11 ; 真空脱气系统包括通过真空管道12顺次连接的真空栗3、电阻式真空计2和控制阀13,电 阻式真空计2包括配套使用的真空规管和显示器；等压注水系统包括储水罐7和放置于储 水罐7中的定容钢珠8,储水罐7上端连接有进水管道14,进水管道14上通过第一三通阀 15分别连接有进水阀17和等压控制阀16,储水罐7下端连接有出水管道18,出水管道18 上设有出水阀19 ;瓦斯吸附解吸系统包括煤样罐4、压力传感器5、数据采集器6,数据采集 器6包括配套使用的显示器，煤样罐4上连接有压力调节管道20,压力调节管道上设有四通 阀21，四通阀21 -端连接有截止阀22,四通阀另一端与压力传感器5相连，压力传感器5 与数据采集器6连接；温度控制系统包括恒温水浴箱9 ;高压甲烷充气系统的充气管道10、 真空脱气系统的真空管道12分别通过第二三通阀23与截止阀22相连，等压注水系统的出 水管道18与煤样罐4相连通，等压注水系统的等压控制阀16与压力调节管道20相连；所 述等压注水系统和瓦斯吸附解吸系统位于恒温水浴箱9中。 其中，真空栗3为直联旋片式真空栗，该栗的抽气速率每秒2升，极限压力可达 2X10 2帕。电阻式真空计2的测量范围为IX102~IX10 5帕。定容钢珠8的体积规格 包括1毫升、2毫升、5毫升或10毫升，储水罐7和定容钢珠8均为不锈钢材质，耐压强度为 20兆帕。恒温水浴箱9的温度调节范围为5~95摄氏度，恒温波动度不大于0. 05摄氏度。 压力传感器5监测煤样罐4的瓦斯压力变化数据，并传输给数据采集器6,在显示器中显示 出来。实施过程中，首先需要对煤样罐4、高压甲烷气源1及其所含管路的自由体积进行 标定，高压甲烷气源1的充气罐体积记为V1，煤样罐4体积记为V2。标定后为了测试等压注 水对煤中瓦斯的置换效应，具体实验过程如下： (1)将现场所取煤样粉碎，筛分一定的煤样粒度，添加水分混合均匀，在压力加载 机上压制成型煤，称重，放入干燥箱干燥至质量不再变化，记煤样质量为m; (2)根据设定的水分含量，计算所需定容钢珠8的体积，确定放进储水罐7的数量， 使储水罐7内剩余体积所装水量达到实验所需水量，打开进水阀17,将水注进储水罐7,注 满后关闭进水阀17 ; (3)将干燥后的型煤煤样装入煤样罐4中，打开减压阀11、控制阀13、截止阀22、 等压控制阀16、出水阀19,开启真空栗3,对高压甲烷充气系统、煤样罐4及其连接管路抽真 空至10帕以下停栗，关闭控制阀13,开启恒温水浴箱9,设置温度为30±0. 5摄氏度； (4)记录环境温度T1，打开减压阀11、截止阀22,开启高压甲烷充气系统向煤样罐 4充入甲烷气体，记录充气前后高压甲烷气源1的压力显示器示数分别为PJPP2，煤样罐4 内瓦斯吸附平衡压力P3，环境温度T2，计算充气量： (5)煤样罐4内瓦斯吸附平衡过程中，与储水罐7保持连通，二者内部压力始终相 等，待煤样罐4内瓦斯吸附平衡后，打开储水罐7与煤样罐4之间的出水阀19实施等压注 水，使储水罐7中水分自然流进煤样罐5内，依靠毛细管力湿润煤体并置换煤中瓦斯，记录 置换过程中煤样罐4内压力变化情况，直至煤样罐内压力不再变化，记录压力数值P4，计算 标准状况下煤样罐内游离瓦斯体积： 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种水与煤中瓦斯置换效应测试装置，包括高压甲烷充气系统、真空脱气系统、等压注水系统、瓦斯吸附解吸系统和温度控制系统，高压甲烷充气系统、真空脱气系统、等压注水系统分别与瓦斯吸附解吸系统相连接，其特征在于：高压甲烷充气系统包括内置有压力显示器的高压甲烷储罐和充气管道，充气管道上设有减压阀；真空脱气系统包括通过真空管道顺次连接的真空泵、电阻式真空计和控制阀；等压注水系统包括储水罐和放置于储水罐中的定容钢珠，储水罐上端连接有进水管道，进水管道上通过第一三通阀分别连接有进水阀和等压控制阀，储水罐下端连接有出水管道，出水管道上设有出水阀；瓦斯吸附解吸系统包括煤样罐、压力传感器和数据采集器，煤样罐上连接有压力调节管道，压力调节管道上设有四通阀，四通阀一端连接有截止阀，四通阀另一端与压力传感器相连，压力传感器与数据采集器连接；温度控制系统包括恒温水浴箱；高压甲烷充气系统的充气管道、真空脱气系统的真空管道分别通过第二三通阀与截止阀相连，等压注水系统的出水管道与煤样罐相连，等压注水系统的等压控制阀与压力调节管道相连；所述等压注水系统和瓦斯吸附解吸系统位于恒温水浴箱中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈向军，李建兵，成建林，袁军伟，王林，于亮亮，苏伟伟，任真勇，薛勇，李鹏，
申请(专利权)人：河南理工大学，沁和能源集团有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41
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