一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置及其实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置及其实验方法，包括：煤样罐装置、解吸装置、压力控制系统和计算机控制系统。煤样罐装置中的煤样经过脱气处理后充入高纯度甲烷，并通过压力传感器检测压力，当煤样达到吸附平衡后，通过压力控制系统向泥浆罐装置中充气，并通过计算机控制系统控制泥浆压力，以模拟提钻过程中高度相似的压力变化环境，最终通过解吸仪监测瓦斯解吸情况，通过计算机计算瓦斯含量。本发明专利技术的泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置的结构简单、可靠性高，可以重复测量，简化了实验过程，可随意设定不同的压力环境进行实验,提高了测量精准度，装置的使用寿命长。装置的使用寿命长。装置的使用寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置及其实验方法


[0001]本专利技术属于瓦斯解吸的
，尤其涉及一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置及其实验方法。

技术介绍

[0002]瓦斯问题一直是煤矿安全生产的主要难题之一。在地质勘探时期，由于地下瓦斯含量高，存在极大的安全隐患，因此需要对瓦斯含量进行准确的测定，而煤层瓦斯含量的测定依赖于瓦斯的解吸规律，因此需要开发一套装置，以模拟地质勘探时期的钻孔瓦斯含量测定过程中煤样在泥浆介质中瓦斯解吸过程，从而深入研究泥浆介质中煤层瓦斯的解吸规律。然而，现有的泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置存在瓦斯压力和泥浆压力混在一起，无法反映真实情况等问题。
[0003]专利申请号为201910185397.9的专利技术公开了一种基于地勘煤解析法的瓦斯解吸过程模拟测试装置，该装置包括：真空脱气单元、吸附平衡单元、泥浆介质模拟单元和解吸测量控制单元构成。真空脱气单元设置有FZH
‑
2B复合真空计、2X
‑
8A型旋片式真空泵、真空管系、真空硅管和玻璃三通阀组成。吸附平衡单元由恒温水浴箱、LY801型超级恒温器、煤样罐、充气罐、精密压力表、针形二通阀、针形三通阀和高纯瓦斯瓶组成。泥浆介质环境模拟单元由泥浆罐、注浆管、高压氮气瓶构成，泥浆罐上端有精密压力表，泥浆的压力由高压氮气生成。解吸测量控制单元该单元由压力调节阀、胶管、瓦斯解吸仪组成。虽然该装置有益效果较多，但依然存在下列问题：该装置没有把泥浆压力和瓦斯压力分开，没有单独监测并控制两种压力，二者互相影响，最终瓦斯压力会影响泥浆压力，无法反映真实情况；泥浆压力没有实现随时间变化的精确控制，无法精确模拟取样、提钻、更换钻杆的过程；吸附瓦斯压力无法做到精确控制。

技术实现思路

[0004]基于上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置及其实验方法，其结构简单、可靠性高，可以重复测量，简化了实验过程，可随意设定不同的压力环境进行实验,提高了测量精准度，装置的使用寿命长。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置，包括：煤样罐装置、解吸装置、压力控制系统和计算机控制系统；所述煤样罐装置包括煤样罐、水浴箱、电加热器、卡套接头、真空泵、煤样罐压力传感器和温度传感器，所述煤样罐置于水浴箱中，所述电加热器安装在水浴箱中，所述卡套接头、煤样罐压力传感器和温度传感器安装在煤样罐的外部，所述真空泵通过卡套接头与煤样罐相连，所述电加热器用于对水浴箱加热，以保持煤样罐恒温，所述真空泵用于煤样罐中实验煤样的脱气，所述温度传感器用于监测煤样罐的温度，所述煤样罐压力传感器用于监测煤样罐的压力；所述解吸装置包括泥浆罐、柔性气袋、泥浆罐压力传感器、解吸仪和解吸仪电磁阀，所述柔性气袋贯穿于泥浆罐中，所述泥浆罐压力传感器安装在泥浆罐的外部，所述解
吸仪通过解吸仪电磁阀与泥浆罐中的柔性气袋相接，所述泥浆罐压力传感器用于监测泥浆压力；所述压力控制系统包括甲烷气袋、连接管、压力传感器、气缸进气口、气缸出气口、气缸、活塞、活塞杆、推杆、电机、减速器、电缆、电机控制器、连接块，压力传感器安装在气缸的外部，气缸的一端设置气缸进气口，气缸进气口通过连接管与甲烷气袋相连接，气缸进气口通过连接管与外界相连接，气缸的另一端设置气缸出气口，气缸内设置活塞，活塞固定在活塞杆的一端，活塞杆的另一端通过连接块与推杆连接，推杆的另一端依次与减速器和电机连接，电机控制器通过电缆分别与电机和压力传感器相连接；电机控制器控制电机旋转，电机通过减速器驱动推杆，推杆作用在活塞杆上，由于活塞的伸出或缩回使气缸的气体体积变化从而实现气体压力变化，压力传感器用于监测气缸的压力，并将压力值实时反馈至所述电机控制器。
[0006]可选的，所述计算机控制系统包括总控PLC、一号分控PLC、二号分控PLC、控制屏和上位计算机，总控PLC与上位计算机、控制屏、解吸仪、温度传感器、泥浆罐压力传感器、煤样罐压力传感器、解吸仪电磁阀、电磁阀、电加热器、真空泵、一号分控PLC、二号分控PLC分别连接，所述一号分控PLC与电机控制器、压力传感器、电磁阀分别连接，所述二号分控PLC与电机控制器、压力传感器、电磁阀分别连接；一号分控PLC接收压力传感器的信号，控制电机控制器、电磁阀工作，二号分控PLC接收压力传感器的信号，控制电机控制器、电磁阀工作，总控PLC接收一号分控PLC、二号分控PLC、温度传感器、泥浆罐压力传感器、煤样罐压力传感器、解吸仪的信号，控制解吸仪电磁阀、电磁阀、电加热器、真空泵工作。
[0007]进一步的，所述煤样罐压力传感器实时监测煤样罐中的压力值，所述压力控制系统起到补偿瓦斯的作用，用于精确调整并控制充入瓦斯的压力。
[0008]进一步的，所述压力控制系统受上位计算机控制。
[0009]进一步的，所述压力控制系统设有两套，对泥浆压力和瓦斯压力分别监测与控制，避免瓦斯压力影响泥浆压力。
[0010]本专利技术还提供一种上述的泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置的实验方法，包括以下步骤：
[0011]步骤1、准备煤样，为使本实验装置更大程度模拟真实情况，实验所用的煤样取自煤芯管中收集到的原始煤芯；
[0012]步骤2、将实验煤样装入煤样罐中，关闭电磁阀，打开电磁阀，通过上位计算机启动真空泵，通过真空泵对煤样进行脱气，一般脱气时间按煤样的粒度而定；
[0013]步骤3、脱气完成后，关闭电磁阀，打开电磁阀，通过上位计算机控制电机控制器使电机旋转，电机通过减速器驱动推杆，推杆作用在活塞杆上，通过活塞的运动将甲烷气袋中的高纯度甲烷吸至气缸中，随后关闭电磁阀，打开电磁阀，通过活塞的运动将气缸中的高纯度甲烷推至煤样罐中；
[0014]步骤4、当煤样罐中的实验煤样达到吸附平衡后，关闭电磁阀，打开电磁阀，关闭电磁阀，通过上位计算机控制电机控制器使电机旋转，电机通过减速器驱动推杆，推杆作用在活塞杆上，通过活塞的运动将空气吸至气缸中，随后关闭电磁阀，打开电磁阀，通过活塞的运动将气缸中的空气推至泥浆罐中；
[0015]步骤5、打开电磁阀，压力控制系统按照泥浆压力控制曲线向泥浆罐中加压，瓦斯压力大于泥浆压力，煤样中解吸的瓦斯通过柔性气袋通向解吸仪，上位计算机实时监测、计
算、显示瓦斯解吸曲线，并调用多种数据模型与瓦斯解吸曲线进行智能匹配，自动选择最优数学模型，进行瓦斯含量计算。
[0016]进一步的，所述煤样罐中的煤样质量为50g。
[0017]进一步的，所述甲烷气袋中为高纯度甲烷。
[0018]由上，本专利技术的泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置及其实验方法至少具有如下有益效果：
[0019]1、煤样罐装置中的煤样经过脱气处理后充入高纯度甲烷，并通过压力传感器检测压力，当煤样达到吸附平衡后，通过压力控制系统向泥浆罐装置中充气，并通过计算机控制系统控制泥浆压力，以模拟提钻过程中高度相似的压力变化环境，最终通过解吸仪监测瓦斯解吸情况，通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置，其特征在于，包括：煤样罐装置、解吸装置、压力控制系统和计算机控制系统；所述煤样罐装置包括煤样罐(25)、水浴箱(27)、电加热器(26)、卡套接头(24)、真空泵(45)、煤样罐压力传感器(47)和温度传感器(23)，所述煤样罐(25)置于水浴箱(27)中，所述电加热器(26)安装在水浴箱(27)中，所述卡套接头(24)、煤样罐压力传感器(47)和温度传感器(23)安装在煤样罐(25)的外部，所述真空泵(45)通过卡套接头(24)与煤样罐(25)相连，所述电加热器(26)用于对水浴箱(27)加热，以保持煤样罐恒温，所述真空泵(45)用于煤样罐中实验煤样的脱气，所述温度传感器(23)用于监测煤样罐(25)的温度，所述煤样罐压力传感器(47)用于监测煤样罐(25)的压力；所述解吸装置包括泥浆罐(21)、柔性气袋(20)、泥浆罐压力传感器(17)、解吸仪(18)和解吸仪电磁阀(19)，所述柔性气袋(20)贯穿于泥浆罐(21)中，所述泥浆罐压力传感器(17)安装在泥浆罐(21)的外部，所述解吸仪(18)通过解吸仪电磁阀(19)与泥浆罐(21)中的柔性气袋(20)相接，所述泥浆罐压力传感器(17)用于监测泥浆压力；所述压力控制系统包括甲烷气袋(42)、连接管(1、36)、压力传感器(2、40)、气缸进气口(3、34)、气缸出气口(13、30)、气缸(4、39)、活塞(5、33)、活塞杆(6、29)、推杆(7、31)、电机(8、32)、减速器(9、38)、电缆(10、35)、电机控制器(11、44)、连接块(12、28)，压力传感器(2、40)安装在气缸(4、39)的外部，气缸(4、39)的一端设置气缸进气口(3、34)，气缸进气口(34)通过连接管(36)与甲烷气袋(42)相连接，气缸进气口(3)通过连接管(1)与外界相连接；气缸(4、39)的另一端设置气缸出气口(13、30)，气缸(4、39)内设置活塞(5、33)，活塞(5、33)固定在活塞杆(6、29)的一端，活塞杆(6、29)的另一端通过连接块(12、28)与推杆(7、31)连接，推杆(7、31)的另一端依次与减速器(9、38)和电机(8、32)连接，电机控制器(11、44)通过电缆分别与电机(8、32)和压力传感器(2、40)相连接；电机控制器(11、44)控制电机(8、32)旋转，电机(8、32)通过减速器(9、38)驱动推杆(7、31)，推杆(7、31)作用在活塞杆(6、29)上，由于活塞(5、33)的伸出或缩回使气缸(4、39)的气体体积变化从而实现气体压力变化，压力传感器(2、40)用于监测气缸的压力，并将压力值实时反馈至所述电机控制器(11、44)。2.如权利要求1所述的泥浆介质瓦斯解吸规律实验装置，其特征在于，所述计算机控制系统包括总控PLC(50)、一号分控PLC(51)、二号分控PLC(52)、控制屏(100)和上位计算机(200)，总控PLC(50)与上位计算机(200)、控制屏(100)、解吸仪(18)、温度传感器(23)、泥浆罐压力传感器(17)、煤样罐压力传感器(47)、解吸仪电磁阀(19)、电磁阀(22)、电加热器(26)、真空泵(45)、一号分控PLC(51)、二号分控PLC(52)分别连接，所述一号分控PLC(...

【专利技术属性】
技术研发人员：富向，吴琪璇，刘烜，刘振，常腾，姚程凯，赵路田，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：