一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法技术方案

一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，该发明专利技术主要由瓦斯瓶、氦气瓶、真空泵、高温高压箱、位移传感器、采集卡、计算机采集系统、温度控制系统、伺服液压控制系统、精密流量计、压力表和阀门等部件组成。其特征是：所述的瓦斯瓶和氦气瓶通过减压阀和阀门与高温高压箱相连；所述的真空泵外接真空阀通过管路与高温高压箱相连；所述的高温高压箱外接有位移传感器、温度控制系统和伺服液压控制系统并与计算机采集系统相连；所述的伺服液压控制系统有液压泵、增压泵等，可以实现深部开采煤样轴压和围压的独立加载。本发明专利技术主要用于煤矿高温高压开采条件下含瓦斯煤体吸附‑解吸‑渗流实验，是一种先进、可靠和精确的实验手段。

【技术实现步骤摘要】
一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法
本专利技术涉及煤矿深部开采复杂环境下瓦斯的吸附解吸渗流
，尤其涉及一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法。
技术介绍
近年来我国的煤矿采掘深度越来越大，深部煤炭资源开发所面临的问题也越来越严重，高温高压开采环境越来越明显，在煤矿深部开采的过程中，煤与瓦斯的吸附-解吸-渗流耦合机理是瓦斯防治最基础的科学问题，而研究煤岩体内瓦斯的吸附-解吸-渗流、煤体热量传递等一系列变化，将直接决定着采煤工作面瓦斯的涌出以及突出事故的发生。准确掌握煤层瓦斯在高温高压条件下的吸附-解吸-渗流规律是预防瓦斯灾害和实施瓦斯抽采技术的前提，对于深部煤层开采而言，井下煤体处于高温高压状态，煤炭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、瓦斯压力增大、温度增大的条件下，对煤体开采扰动变得更加剧烈。目前，针对高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流规律和耦合机理还不太清楚，相关的实验系统比较缺乏。综上所述，研制高温高压条件下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法迫在眉睫，成为科研工作者的首要任务。该系统的研制成功将对煤矿安全生产及瓦斯灾害的防治起到重要的推动作用，也具有显著的科学意义。
技术实现思路
本专利技术专利的目的是提供一种高温高压条件下含瓦斯煤体吸附解吸渗流的实验系统及方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：1.一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，该专利技术主要由瓦斯瓶、氦气瓶、真空泵、高温高压箱、位移传感器、采集卡、计算机采集系统、温度控制系统、伺服液压控制系统、精密流量计、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和压力表一相连；所述的氦气瓶通过减压阀二与阀门和压力表二相连；所述的真空泵外接真空阀和精密流量计通过管路与高温高压箱相连；所述的高温高压箱位移传感器通过采集卡和数据线与计算机采集系统相连；所述的计算机采集系统同时连接有温度控制系统；所述的温度控制系统与高温高压箱加热层相连；所述的高温高压箱外接有伺服液压控制系统；所述的高温高压箱底部通过管路依次连接有压力表三和精密流量计并通过阀门排空。2.根据权利要求1所述的一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，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，通过减压阀一控制实验过程中瓦斯压力；所述的氦气瓶与压力表二之间的管路上安装有减压阀二，通过减压阀二控制实验过程中氦气压力；所述的高温高压箱内壁装有一圈纳米加热层，所述的实验煤样固定于煤样夹持器；所述的煤样夹持器上、下端分别装有多孔板；所述的多孔板上部为液压缸内部有活塞。3.根据权利要求1所述的一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，其特征是：所述的伺服液压控制系统包括液压泵、计算机以及增压泵；所述的液压泵连接管路和阀门通过增压泵与液压缸相连提供轴压；所述的液压泵连接管路和阀门通过增压泵与高温高压箱相连提供围压；所述的液压泵通过数据线与计算机采集系统相连，所述的计算机采集系统用来智能全自动调控实验装置的轴压和围压强度。4.根据权利要求1所述的一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，其特征是：所述的压力表三用于检测煤样吸附-解吸-渗流过程的气体压力；所述的精密流量计用于测试气体的流量；所述的多孔板可以保障高压气体均匀通过煤样；所述的位移传感器和采集卡相连用于采集不同轴压和围压、温度等条件下煤体的轴向和径向变形位移情况；所述的温度控制系统用于控制高温高压箱的实验温度；所述的高温高压箱纳米加热层具有高效快速加热且恒温的效果；所述的增压泵可将液压泵提供的压力按1:3的比例增大；所述的整个实验装置连接处都配备耐高压组合垫和密封胶带，整个管路以及各阀门采用耐磨损管线和高压密封接头。本专利技术的有益效果及创新之处：1.本专利技术的高温高压箱加热系统相较之前的实验装置引入了纳米加热层，其优点体现为相对水浴加热其加热速度高效且快速、温度控制更加精确且保温效果十分可观；传统的伺服液压系统中的液压泵注入的是液压油，要求对实验装置进行频繁的维修和清洁，耗材耗力，本专利技术的液压泵注入的是蒸馏水，纯净度高杂质少，不会与箱内材料发生化学反应，可以保证机器稳定运行，另外对于进口处增加的增压泵则是对该装置的完美补充，蒸馏水可以起到和液压油同等的加压效果。压力表和精密流量计可以测试煤样吸附解吸渗流瓦斯的情况，位移传感器和采集卡连接计算机可以自动采集数据，液压泵连接计算机可以自动加载轴压和围压强度，相对传统的手动加载则体现出本专利技术的先进性、连续性、精确性。2.本专利技术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，关闭所有阀门，只打开He气瓶上部阀门（6），把He气充入高温高压箱中，在一定的压力下保持12h以上，观察压力表（5）的数值保持不变，则装置的气密性可靠；②将提前制作好的原煤试样干燥24小时后装入高温高压箱中，并用煤样夹持器固定，连接好各线路及系统；在系统连接正确且气密性完好的情况下，打开真空泵上部阀门（9）对整个实验管路以及高温高压箱进行脱气处理，并保持10h以上，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，利用计算机（15）将轴压和围压加载实验所需值，然后打开阀门（3）和减压阀（2）向管路系统及高温高压箱中充入一定量的浓度为99.99%的甲烷气体，对煤样（23）进行吸附实验，同时观察计算机（27）记录煤样的轴向变形和径向变形，利用精密流量计（11）记录瓦斯流量，并保持煤样吸附时间不少于24h。③解吸过程是吸附过程的逆过程。当煤样达到吸附平衡后，关闭阀门（3），打开阀门（31），开始瓦斯解吸实验，当压力表（29）数值维持与大气压一致并保持一段时间后，表示解吸过程完成，精密流量计（30）记录瓦斯解吸流量，同时观察计算机（27）记录煤样的轴向变形和径向变形。④渗流过程：打开阀门（3）和减压阀（2），让瓦斯气体以恒定的压力均匀通过煤样（23），开始瓦斯渗流实验，观察精密流量计（11）（30）的流量数据，同时观察计算机（27）记录煤样的轴向变形和径向变形。⑤待一组实验完成后，关闭所有阀门只打开阀门（13）阀门（17），让高温高压箱中的蒸馏水回流至液压泵水箱内，取出实验煤样；重复以上②③④实验步骤，进行其他高温高压条件下含瓦斯煤体吸附-解吸-渗流实验。3.本专利技术通过对一种高温高压条件下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法的研究，在一定的程度上可以准确掌握深部开采煤层瓦斯的吸附-解吸-渗流规律，对煤矿安全生产及瓦斯灾害的防治具有重要作用，研究成果也为深部瓦斯抽采设计工作者提供一定的理论依据。本实验系统的实验结果对优化瓦斯抽采布置参数、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科学价值。附图说明：附图1是本专利技术一种高温高压条件下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统的结构示意图。其中：1、瓦斯瓶；2、减压阀一；3、阀门；4、压力表一；5、压力表二；6、阀门；7、减压阀二；8、氦气瓶；9、真空阀；10、真空泵；11、30精密流量计；12、16液压泵；13、阀门本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，该专利技术主要由瓦斯瓶（1）、氦气瓶（8）、真空泵（10）、高温高压箱（20）、位移传感器（24）（25）、采集卡（26）、计算机采集系统（15）（27）、温度控制系统（28）、伺服液压控制系统（33）、精密流量计（11）（30）、压力表和阀门等部件组成，其特征是：所述的瓦斯瓶（1）通过减压阀一（2）与阀门（3）和压力表一（4）相连；所述的氦气瓶（8）通过减压阀二（7）与阀门（6）和压力表二（5）相连；所述的真空泵（10）外接真空阀（9）和精密流量计（11）通过管路与高温高压箱（20）相连；所述的高温高压箱位移传感器（24）（25）通过采集卡（26）和数据线与计算机采集系统（27）相连；所述的计算机采集系统（27）同时连接有温度控制系统（28）；所述的温度控制系统与高温高压箱加热层相连；所述的高温高压箱外接有伺服液压控制系统（33）；所述的高温高压箱底部通过管路依次连接有压力表三（29）和精密流量计（30）并通过阀门（31）排空。

【技术特征摘要】
1.一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，该发明主要由瓦斯瓶（1）、氦气瓶（8）、真空泵（10）、高温高压箱（20）、位移传感器（24）（25）、采集卡（26）、计算机采集系统（15）（27）、温度控制系统（28）、伺服液压控制系统（33）、精密流量计（11）（30）、压力表和阀门等部件组成，其特征是：所述的瓦斯瓶（1）通过减压阀一（2）与阀门（3）和压力表一（4）相连；所述的氦气瓶（8）通过减压阀二（7）与阀门（6）和压力表二（5）相连；所述的真空泵（10）外接真空阀（9）和精密流量计（11）通过管路与高温高压箱（20）相连；所述的高温高压箱位移传感器（24）（25）通过采集卡（26）和数据线与计算机采集系统（27）相连；所述的计算机采集系统（27）同时连接有温度控制系统（28）；所述的温度控制系统与高温高压箱加热层相连；所述的高温高压箱外接有伺服液压控制系统（33）；所述的高温高压箱底部通过管路依次连接有压力表三（29）和精密流量计（30）并通过阀门（31）排空。2.根据权利要求1所述的一种高温高压下含瓦斯煤体吸附解吸渗流实验系统及方法，其特征是：所述的瓦斯瓶（1）与所述的压力表一（4）之间的管路上安装有减压阀一（2），通过减压阀一控制实验过程中瓦斯压力；所述的氦气瓶（8）与压力表二（5）之间的管路上安装有减压阀二（7），通过减压阀二控制实验过程中氦气压力；所述的高温高压箱（20）内壁装有一圈纳米加热层（27），所述的实验煤样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳佳，高建良，张学博，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41