低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统，包括压力控制装置、煤样密闭装置、旋转载物装置、半导体控温装置和X‑CT扫描装置。半导体控温装置包括温度控制器、半导体制冷片、温度传感器，温度传感器和半导体制冷片分别与温度控制器连接，温度控制器实时监测、记录温度数据并对半导体制冷片输入的电流调节来实现高精度的温度控制。煤样位于X射线源与探测器之间，旋转载物台转动连接在样品支撑架上，样品支撑架上设置有减速电机，减速电机输出轴与旋转载物台传动链接，煤样随着旋转载物台旋转360°，每旋转一个角度采集一张二维图像，从而重建出完整的三维图像，通过CT扫描技术，可揭示低温对含瓦斯煤体的致裂机理。

Experimental system of microstructure change of coal containing gas under low temperature

The utility model discloses a low temperature variation of coal containing gas under experimental system of micro structure, including pressure control device, coal closing device, rotating device, semiconductor temperature control device and X CT scanning device. A semiconductor device includes a temperature controller, temperature control of semiconductor refrigeration piece, temperature sensor, temperature sensor and semiconductor refrigeration piece are respectively connected with the temperature controller, temperature controller, real-time monitoring and recording of temperature data and current of semiconductor refrigeration chip input adjustment to achieve high-precision temperature control. Coal is located between X ray source and the detector, a rotary stage is rotatably connected on the sample support frame, the support frame is arranged sample reducer motors, gear motor output shaft and the rotary stage transmission link of coal samples with a rotary stage rotating 360 degrees each rotating an angle for collecting a two-dimensional the image, then reconstruct a complete 3D image, by using CT scanning technology, can reveal the low temperature of coal fracturing mechanism.

【技术实现步骤摘要】
低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统
本技术涉及煤炭检测
，尤其涉及一种低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统。
技术介绍
煤层气作为气体能源家族三大成员之一与天然气和天然气水合物的勘探开发一样日益受到世界各国的重视。我国是煤层气资源最为丰富的国家之一，煤层气开发利用具有重要的现实意义。但我国煤层气储层一般具有高储低渗、黏土含量高的特点，常规的水力压裂需要消耗大量的水资源，对煤储层产生固体物质伤害、水锁水敏伤害和压裂液低返伤害，压裂效果不甚理想。近年来，为了提高煤层气增产效果，低温无水压裂技术日益受到重视，目前缺少能观察低温作用下含瓦斯煤微观结构变化的实验设备。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统，以解决缺少能观察低温作用下含瓦斯煤微观结构变化的实验设备的问题，通过CT扫描技术研究低温对含瓦斯煤体的致裂机理。为了实现上述目的，本技术采用如下技术方案：一种低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统，包括压力控制装置、煤样密闭装置、旋转载物装置、半导体控温装置和X-CT扫描装置；所述压力控制装置包括高压瓦斯气瓶、减压阀、压力表和压力管道；压力管道进气端与高压瓦斯气瓶密封连通，所述减压阀和压力表均设置在压力管道上，高压瓦斯气瓶的出口处设有气瓶阀。所述煤样密闭装置包括样品室壁、样品支撑架、样品室进气口和真空隔热层外壁；所述真空隔热层外壁和样品室壁均呈方筒形，真空隔热层外壁顶部与底部均封闭，样品室壁位于真空隔热层外壁内，样品室壁的上端内表面与所述样品室进气口密封固定连接，样品室壁的外表面与真空隔热层外壁的内表面围成真空隔热层；真空隔热层外壁的一侧底端高于样品室壁的同侧底端；样品室壁中部内表面固定连接所述样品支撑架；压力管道出气端伸入真空隔热层外壁并与样品室进气口密封连通。所述旋转载物装置包括旋转载物台和减速电机开关；所述旋转载物台转动连接在样品支撑架上，样品支撑架上设置有减速电机，所述减速电机输出轴与旋转载物台的水平截面中心部位固定连接；，减速电机由电源提供旋转动力并与所述减速电机开关连接，减速电机开关设置于真空隔热层外壁外部；旋转载物台上放置待测的煤样。所述半导体控温装置包括温度传感器、温度控制器、半导体制冷片、散热器和风扇；所述半导体制冷片包括制冷面和散热面，真空隔热层外壁的一侧底端高于样品室壁的同侧底端，制冷面贴合在该侧真空隔热层外壁下方的样品室壁的外表面；散热面连接所述散热器，散热器外侧连接所述风扇；所述温度传感器位于旋转载物台下方的样品室内，温度传感器和半导体制冷片分别连接所述温度控制器。所述X-CT扫描装置包括X射线源和探测器；所述X射线源与所述探测器固定设置在样品室外部两侧并分别与样品室壁之间具有间隔；探测器的成像平面中心、煤样中心和X射线源中心位于同一条水平直线上，探测器的成像平面与该直线垂直。所述压力管道上设有截止阀。所述煤样密闭装置还包括O型密封圈，所述样品室壁的上端内表面通过所述Ｏ型密封圈与所述样品室进气口密封固定连接。本技术采用半导体控温装置，包括温度控制器、半导体制冷片、温度传感器，半导体制冷片不需要任何制冷剂，没有污染源、可连续工作、制冷时间快、温差范围大，而且没有旋转部件，不会产生回转效应，没有滑动部件，工作时没有震动和噪音，安装容易。温度传感器和半导体制冷片分别与温度控制器连接，温度控制器实时监测、记录温度数据并对半导体制冷片输入的电流调节来实现高精度的温度控制。本技术将煤样放置于旋转载物台的槽中，起到固定煤样的作用，煤样位于X射线源与探测器之间，旋转载物台转动连接在样品支撑架上，样品支撑架上设置有减速电机，减速电机输出轴与旋转载物台的水平截面中心部位固定连接，减速电机由电源提供旋转动力并与所述减速电机开关连接，煤样随着旋转载物台旋转360°，每旋转一个角度（<1°）采集一张二维图像，从而重建出完整的三维图像。通过CT扫描技术，可以得到煤样内部结构的裂隙分布情况，揭示低温对含瓦斯煤体的致裂机理，本技术操作简单，使用便捷。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是图1中煤样密闭装置和半导体控温装置的左视图;图3是图1的A-A剖面图；图4是图1的B-B剖面图。图中所示：1-高压瓦斯气瓶，2-减压阀，3-压力表，4-截止阀，5-压力管道，6-样品室进气口，7-Ｏ型密封圈，8-样品室，9-样品室壁，10-煤样，11-旋转载物台，12-样品支撑架，13-温度传感器，14-减速电机开关，15-温度控制器，16-散热器，17-风扇，18-半导体制冷片，19-X射线源，20-探测器，21-X射线，22-真空隔热层，23-真空隔热层外壁，24-制冷面，25-散热面，26-气瓶阀。具体实施方式结合附图进一步说明本技术的实施例。如图1-4所示，低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统包括压力控制装置、煤样密闭装置、旋转载物装置、半导体控温装置和X-CT扫描装置。所述压力控制装置包括高压瓦斯气瓶1、减压阀2、压力表3、截止阀4和压力管道5；压力管道5进气端与高压瓦斯气瓶1密封连通，所述减压阀2、压力表3和截止阀4均设置在压力管道5上，高压瓦斯气瓶1的出口处设有气瓶阀26。所述煤样密闭装置包括样品室壁9、样品支撑架12、样品室进气口6、O型密封圈7和真空隔热层外壁23。所述真空隔热层外壁23和样品室壁9均呈方筒形，真空隔热层外壁23顶部与底部均封闭，样品室壁9位于真空隔热层外壁23内，样品室壁9的外表面与真空隔热层外壁23的内表面围成真空隔热层22；真空隔热层外壁23的一侧底端高于样品室壁9的同侧底端；样品室壁9的上端内表面通过所述Ｏ型密封圈7与所述样品室进气口6密封固定连接；样品室壁9中部内表面固定连接所述样品支撑架12。压力管道5出气端伸入真空隔热层外壁23并与样品室进气口6密封连通，样品室壁9内表面和样品室进气口6围成样品室8空间，真空隔热层外壁23内表面和样品室壁9外表面围成密封的真空隔热层22空间，真空隔热层22包裹样品室8对样品室8起保温作用，高压瓦斯气瓶1能给样品室8提供实验所需的瓦斯气体压力。所述旋转载物装置包括旋转载物台11和减速电机开关14；所述旋转载物台11转动连接在样品支撑架12上，样品支撑架12上设置有减速电机，减速电机输出轴与旋转载物台的水平截面中心部位固定连接，减速电机由电源提供动力并与所述减速电机开关14连接，减速电机开关14设置在真空隔热层外壁23外部，减速电机为常规装置，图中未示；旋转载物台11上放置待测的煤样10，待测的煤样10随旋转载物台11三百六十度旋转。所述半导体控温装置包括温度传感器13、温度控制器15、半导体制冷片18、散热器16和风扇17；所述半导体制冷片18包括制冷面24和散热面25，真空隔热层外壁23的一侧底端高于样品室壁9的同侧底端，制冷面24贴合在该侧真空隔热层外壁23下方的样品室壁9的外表面；散热面25连接所述散热器16，散热器16外侧连接所述风扇17。所述温度传感器13位于旋转载物台11下方的样品室8内，温度传感器13和半导体制冷片18分别连接所述温度控制器15，温度控制器15实时监测、记录温度数据并对半导体制冷片18输入的电流调节来实现高精度的温度控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统，其特征在于：包括压力控制装置、煤样密闭装置、旋转载物装置、半导体控温装置和X‑CT扫描装置；所述压力控制装置包括高压瓦斯气瓶、减压阀、压力表和压力管道；压力管道进气端与高压瓦斯气瓶密封连通，所述减压阀和压力表均设置在压力管道上，高压瓦斯气瓶的出口处设有气瓶阀；所述煤样密闭装置包括样品室壁、样品支撑架、样品室进气口和真空隔热层外壁；所述真空隔热层外壁和样品室壁均呈方筒形，真空隔热层外壁顶部与底部均封闭，样品室壁位于真空隔热层外壁内，样品室壁的上端内表面与所述样品室进气口密封固定连接，样品室壁的外表面与真空隔热层外壁的内表面围成真空隔热层；真空隔热层外壁的一侧底端高于样品室壁的同侧底端；样品室壁中部内表面固定连接所述样品支撑架；压力管道出气端伸入真空隔热层外壁并与样品室进气口密封连通；所述旋转载物装置包括旋转载物台和减速电机开关；所述旋转载物台转动连接在样品支撑架上，样品支撑架上设置有减速电机，所述减速电机输出轴与旋转载物台的水平截面中心部位固定连接； 减速电机由电源提供动力并与所述减速电机开关连接，减速电机开关设置在真空隔热层外壁外部；旋转载物台上放置待测的煤样；所述半导体控温装置包括温度传感器、温度控制器、半导体制冷片、散热器和风扇；所述半导体制冷片包括制冷面和散热面，真空隔热层外壁的一侧底端高于样品室壁的同侧底端，制冷面贴合在该侧真空隔热层外壁下方的样品室壁的外表面；散热面连接所述散热器，散热器外侧连接所述风扇；所述温度传感器位于载物台下方的样品室内，温度传感器和半导体制冷片分别连接所述温度控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种低温作用下含瓦斯煤微观结构变化实验系统，其特征在于：包括压力控制装置、煤样密闭装置、旋转载物装置、半导体控温装置和X-CT扫描装置；所述压力控制装置包括高压瓦斯气瓶、减压阀、压力表和压力管道；压力管道进气端与高压瓦斯气瓶密封连通，所述减压阀和压力表均设置在压力管道上，高压瓦斯气瓶的出口处设有气瓶阀；所述煤样密闭装置包括样品室壁、样品支撑架、样品室进气口和真空隔热层外壁；所述真空隔热层外壁和样品室壁均呈方筒形，真空隔热层外壁顶部与底部均封闭，样品室壁位于真空隔热层外壁内，样品室壁的上端内表面与所述样品室进气口密封固定连接，样品室壁的外表面与真空隔热层外壁的内表面围成真空隔热层；真空隔热层外壁的一侧底端高于样品室壁的同侧底端；样品室壁中部内表面固定连接所述样品支撑架；压力管道出气端伸入真空隔热层外壁并与样品室进气口密封连通；所述旋转载物装置包括旋转载物台和减速电机开关；所述旋转载物台转动连接在样品支撑架上，样品支撑架上设置有减速电机，所述减速电机输出轴与旋转载物台的水平截面中心部位固定连接；减速电机由电源提供动力并与所述减速电机开关连接，减速电机开关设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王登科，孙刘涛，刘淑敏，吕瑞环，李文睿，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：新型
国别省市：河南,41