本實(shí)用新型涉及一種模擬裝置，尤其涉及一種煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置。

背景技術(shù)：

煤層氣作為一種清潔能源，具有巨大的開發(fā)潛能，其排采過程中存在許多問題，其中煤粉問題是影響設(shè)備正常排采的關(guān)鍵問題，而了解煤粉的產(chǎn)生是解決煤粉問題的重要一環(huán)。

常見的煤粉大部分是由于擾動(dòng)煤層而產(chǎn)生的，不同的煤體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生煤粉的量不同，而且煤粉的顆粒大小和形態(tài)也是不同的。現(xiàn)有的裝置沒能對(duì)煤粉產(chǎn)生過程進(jìn)行模擬，理論研究也是通過取煤粉樣進(jìn)行觀察，因此十分需要一種裝置，對(duì)不同煤體結(jié)構(gòu)的煤層進(jìn)行擾動(dòng)，觀察煤粉產(chǎn)生運(yùn)移的規(guī)律，從而佐證現(xiàn)有的關(guān)于煤粉的研究結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，有必要提供一種能模擬煤層擾動(dòng)下煤粉產(chǎn)生過程及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置。

本實(shí)用新型提供了一種煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置，其包括結(jié)構(gòu)模擬裝置、側(cè)蓋、密封墊圈、進(jìn)氣管和空壓機(jī)，所述結(jié)構(gòu)模擬裝置中部設(shè)有一容納腔，所述容納腔上下兩側(cè)依從外向內(nèi)順序?qū)ΨQ的設(shè)置有氣囊、第一隔層、裝樣腔、第二隔層和孔隙轉(zhuǎn)換層，所述氣囊、第一隔層、裝樣腔、第二隔層和孔隙轉(zhuǎn)換層固定在結(jié)構(gòu)模擬裝置內(nèi)，所述側(cè)蓋可拆卸的固定在結(jié)構(gòu)模擬裝置側(cè)面，所述密封墊圈位于側(cè)蓋和結(jié)構(gòu)模擬裝置之間，所述密封墊圈和側(cè)蓋一起密封結(jié)構(gòu)模擬裝置的側(cè)面，所述側(cè)蓋上設(shè)有兩個(gè)氣體進(jìn)口，所述氣體進(jìn)口各與一氣囊連接，所述進(jìn)氣管一端連接氣體進(jìn)口，另一端連接空壓機(jī)，所述氣體進(jìn)口和氣囊連通，所述空壓機(jī)提供氣體，氣體經(jīng)所述進(jìn)氣管進(jìn)入氣囊，所述第二隔層設(shè)置有多個(gè)開孔，所述孔隙轉(zhuǎn)換層設(shè)有與第二隔層開孔對(duì)應(yīng)的開孔，所述容納腔上下兩側(cè)設(shè)有與孔隙轉(zhuǎn)換層開孔對(duì)應(yīng)的設(shè)有多個(gè)開孔，打開第二隔層和孔隙轉(zhuǎn)換層的開孔，所述容納腔與第二隔層相通。

進(jìn)一步地，所述模擬裝置還包括井筒、第一水管、第二水管、第三水管、水泵、水管、廢液處理箱和集水箱，所述井筒上端設(shè)有上開口，下側(cè)端設(shè)有側(cè)接頭，所述側(cè)接頭與容納腔固定連接，所述側(cè)蓋上設(shè)有液體進(jìn)口，所述第一水管一端連接集水箱，另一端固定在液體進(jìn)口上，所述液體進(jìn)口和容納腔連通，所述容納腔和側(cè)接頭連通，所述第二水管一端穿過上開口連接井筒底部，另一端連接水泵，所述第三水管一端連接水泵，另一端連接廢液處理箱。

進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)模擬裝置是透明材質(zhì)構(gòu)成，便于觀測(cè)模擬結(jié)果。

進(jìn)一步地，所述進(jìn)氣管上設(shè)有氣體壓力計(jì)和氣體控壓閥，所述氣體控壓閥控制氣體的氣量大小，氣體壓力計(jì)顯示氣體壓力的大小。

進(jìn)一步地，所述第一水管上設(shè)有液體壓力計(jì)、液體流量計(jì)、液體控壓閥，所述液體控壓閥控制液體的流量大小，所述液體壓力計(jì)顯示液體壓力的大小，液體流量計(jì)顯示流量的大小。

進(jìn)一步地，所述側(cè)蓋通過螺栓可拆卸的固定在所述結(jié)構(gòu)模擬裝置側(cè)面。

進(jìn)一步地，所述側(cè)接頭以螺紋連接的方式與容納腔固定連接。

進(jìn)一步地，所述第二隔層是剛性耐壓材料構(gòu)成，所述第二隔層的開孔中嵌有平板狀薄片，所述平板狀薄片通過杠桿與螺旋小鈕相連，所述螺旋小鈕固定在側(cè)蓋上，所述螺旋小鈕控制第二隔層的開孔的開閉。

進(jìn)一步地，所述孔隙轉(zhuǎn)換層由厚的剛性材料組成，所述孔隙轉(zhuǎn)換層的開孔內(nèi)嵌有圓環(huán)狀薄片，所述圓環(huán)狀薄片通過杠桿與螺旋大鈕相連，所述螺旋大鈕控制孔隙轉(zhuǎn)換層開孔孔徑的大小。

進(jìn)一步地，螺旋大鈕套設(shè)在螺旋小鈕的外周，且安裝在側(cè)蓋上，所述螺旋小鈕以推拉的方式來控制第二隔層開孔的開閉，所述螺旋大鈕用旋轉(zhuǎn)的方式調(diào)節(jié)孔隙轉(zhuǎn)換層開孔孔徑的大小。

本實(shí)用新型的煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置，通過原位煤儲(chǔ)層和井筒有機(jī)的結(jié)合在一起，通過裝置對(duì)煤儲(chǔ)層進(jìn)行不同條件的擾動(dòng)，從煤粉產(chǎn)生的源頭開始，對(duì)煤粉的產(chǎn)出運(yùn)移過程進(jìn)行模擬的，方便觀察煤粉在不同壓力條件下以及在液相中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬情況，能夠定量分析煤儲(chǔ)層的合適的擾動(dòng)狀態(tài)以及和合適的煤體結(jié)構(gòu)（煤儲(chǔ)層孔隙類型），從而制定合適的排采制度，達(dá)到管控煤粉的效果。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置的一示意圖。

圖2是本實(shí)用新型煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置的結(jié)構(gòu)模擬裝置內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置的側(cè)蓋的一示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地描述。

請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種煤層擾動(dòng)下煤粉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的模擬裝置，包括井筒18、結(jié)構(gòu)模擬裝置27、側(cè)蓋10、密封墊圈12、水泵19、第一水管2601、第二水管2602、第三水管2603、底座21、廢液處理箱22、集水箱1、進(jìn)氣管20和空壓機(jī)17；所述結(jié)構(gòu)模擬裝置27中間設(shè)有一容納腔24，所述井筒18上端設(shè)有上開口23，下部側(cè)端有側(cè)接頭2，所述側(cè)接頭2與容納腔24固定連接，在一實(shí)施例中，所述側(cè)接頭2以螺紋連接的方式與容納腔24連接。

所述結(jié)構(gòu)模擬裝置27一側(cè)與井筒18連接，另一側(cè)與側(cè)蓋10可拆卸的固定連接。

所述密封墊圈12位于側(cè)蓋10和結(jié)構(gòu)模擬裝置27之間，所述密封墊圈12和側(cè)蓋10一起密封結(jié)構(gòu)模擬裝置27的側(cè)面。

請(qǐng)參閱圖3，所述側(cè)蓋10上設(shè)有螺栓11、氣體進(jìn)口101、液體進(jìn)口102、螺旋小鈕9和螺旋大鈕8。

在本實(shí)施例中，所述螺栓11有多個(gè)，所述側(cè)蓋10通過螺栓11可拆卸的固定在所述結(jié)構(gòu)模擬裝置27側(cè)面。

所述第一水管2601一端連接集水箱1，另一端固定在液體進(jìn)口102上，所述液體進(jìn)口102和容納腔24連通，容納腔24與側(cè)接頭2連通，所述第二水管2602一端穿過上開口23連接井筒18底部，另一端連接水泵19，所述第三水管2603一端連接水泵19，另一端連接廢液處理箱22，所述水泵19提供動(dòng)力使液體從集水箱1經(jīng)第一水管2601流入容納腔24，液體在容納腔24內(nèi)形成一定的壓力差經(jīng)側(cè)接頭2流入井筒18，從井筒18經(jīng)第二水管2602流到水泵19，從水泵19經(jīng)第三水管2603流到廢液處理箱22，此時(shí)液體在某一恒定的壓力下循環(huán)流動(dòng)。

所述第一水管2601上設(shè)有液體壓力計(jì)7、液體流量計(jì)4、液體控壓閥3，所述液體控壓閥3控制液體的流量大小，所述液體壓力計(jì)7顯示液體壓力的大小，液體流量計(jì)4顯示流量的大小。

所述井筒18設(shè)置在底座21上，所述底座21是三角底座。

請(qǐng)參閱圖2，容納腔24上下兩側(cè)依從外向內(nèi)的順序?qū)ΨQ的設(shè)置有氣囊13、第一隔層28、裝樣腔14、第二隔層16和孔隙轉(zhuǎn)換層15，所述氣囊13、第一隔層28、裝樣腔14、第二隔層16和孔隙轉(zhuǎn)換層15固定在結(jié)構(gòu)模擬裝置27內(nèi)，所述結(jié)構(gòu)模擬裝置27是透明材質(zhì)構(gòu)成，便于觀測(cè)模擬結(jié)果。

請(qǐng)參閱圖3，所述氣體進(jìn)口101有兩個(gè)，分別與容納腔24上下兩側(cè)的氣囊13連通，所述進(jìn)氣管20一端經(jīng)過氣體進(jìn)口101連接氣囊13，另一端連接空壓機(jī)17，空壓機(jī)17提供氣體，氣體經(jīng)進(jìn)氣管20進(jìn)入氣囊13，在本實(shí)施例中所述容納腔24上側(cè)氣囊13模擬上覆地層壓力，所述容納腔24下側(cè)氣囊13模擬圍巖壓力。

所述第一隔層28是耐壓的柔性材料構(gòu)成，第一隔層28減緩氣囊13對(duì)裝樣腔14的壓力沖擊。

所述第二隔層16是剛性耐壓材料構(gòu)成，所述第二隔層16上布設(shè)有多個(gè)開孔1601，每個(gè)開孔1601中嵌入平板狀薄片（圖未示），這些平板狀薄片通過杠桿（圖未示）與側(cè)蓋10上的螺旋小鈕9相連，所述螺旋小鈕9通過杠桿使平板狀薄片移動(dòng)，從而控制開孔1601的開閉。

所述孔隙轉(zhuǎn)換層15由厚的剛性材料組成，所述孔隙轉(zhuǎn)換層15對(duì)應(yīng)開孔1601設(shè)有開孔1501，所述開孔1501與開孔1601的大小和位置相同，開孔1501內(nèi)嵌有圓環(huán)狀薄片（圖未示），通過杠桿（圖未示）與側(cè)蓋10上的螺旋大鈕8相連，所述螺旋大鈕8通過杠桿使圓環(huán)狀薄片移動(dòng)，從而調(diào)整開孔1501的孔徑大小。

請(qǐng)參閱圖3，螺旋大鈕8安裝在側(cè)蓋10上并套設(shè)在螺旋小鈕9的外周，螺旋大鈕8和螺旋小鈕9結(jié)合在一起，便于調(diào)節(jié)開孔1501的孔徑大小和開孔1601的開閉。

在本實(shí)施例中所述螺旋小鈕9以推拉的方式來控制開孔1601的開閉，所述螺旋大鈕8用旋轉(zhuǎn)的方式調(diào)節(jié)開孔1501孔徑的大小。

所述容納腔24上下兩側(cè)對(duì)應(yīng)孔隙轉(zhuǎn)換層15的位置設(shè)有開孔2401；所述開孔2401與開孔1501對(duì)應(yīng)，所述開孔1501和開孔1601對(duì)應(yīng)，當(dāng)開孔1501打開，所述容納腔24與孔隙轉(zhuǎn)換層15相通，進(jìn)一步將開孔1601打開，所述容納腔24與第二隔層16相通。

所述進(jìn)氣管20上設(shè)有氣體壓力計(jì)5和氣體控壓閥6，所述氣體控壓閥6控制氣體的氣量大小，氣體壓力計(jì)5顯示氣體壓力的大小。

在實(shí)際模擬過程中，先將煤體樣品做成規(guī)定規(guī)格的尺寸，將煤樣送入裝樣腔14，在裝樣腔14中裝入煤樣而形成煤體后，先推動(dòng)螺旋小鈕9，在杠桿作用下移動(dòng)方形薄片，關(guān)閉第二隔層16的開孔1601。啟動(dòng)空壓機(jī)17，所述空壓機(jī)17提供氣體，所述氣體控壓閥6控制氣體的氣量大小，所述氣體壓力計(jì)5顯示氣體壓力的大小，所述氣囊13模擬煤層擾動(dòng)情況經(jīng)第一隔層28減壓緩沖后，均勻的對(duì)裝樣腔14內(nèi)的煤體施加一定的壓力，煤體在壓力下產(chǎn)生煤粉，煤粉從裝樣腔14進(jìn)入到第二隔層16。此時(shí)，可觀察煤體結(jié)構(gòu)的煤樣產(chǎn)生煤粉的量。

然后，拉動(dòng)螺旋小鈕9，通過杠桿作用，移動(dòng)方形薄片，打開開孔1601，再旋轉(zhuǎn)所述螺旋大鈕8，在杠桿作用下移動(dòng)圓環(huán)狀薄片，調(diào)整孔隙轉(zhuǎn)換層15的開孔1501孔徑，從而觀察煤粉從煤層掉落的的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

啟動(dòng)水泵19，所述述液體控壓閥3控制液體的流量大小，所述液體壓力計(jì)7顯示液體壓力的大小，液體流量計(jì)4顯示流量的大小，當(dāng)所述容納腔24中液體在某一恒定的壓力下經(jīng)側(cè)接頭2進(jìn)入井筒18，再由井筒18經(jīng)第二水管2602流入水泵19，從水泵19經(jīng)第三水管2603流入廢液處理箱22，保持循環(huán)流動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)所述螺旋大鈕8，在杠桿作用下移動(dòng)圓環(huán)狀薄片，進(jìn)一步調(diào)整開孔1501的孔隙，并通過所述氣體控壓閥6控制氣體的氣量大小，調(diào)控恒壓氣囊層13的壓力，模擬排采生產(chǎn)中，煤儲(chǔ)層在不同壓差擾動(dòng)下，煤儲(chǔ)層產(chǎn)生煤粉的情況，以及觀察在不同煤儲(chǔ)層（干、濕）擾動(dòng)下，煤粉的產(chǎn)生和運(yùn)移規(guī)律。

同時(shí)可以在相同擾動(dòng)狀態(tài)（水壓、氣壓相同）下，通過調(diào)節(jié)可調(diào)孔隙板15的開孔1501的孔徑大小，模擬不同煤儲(chǔ)層孔隙大小，從而觀察在不同煤儲(chǔ)層孔隙下，煤粉的產(chǎn)生和在液體中的運(yùn)移規(guī)律。

本實(shí)用新型裝置對(duì)煤儲(chǔ)層在不同擾動(dòng)及不同煤體孔隙煤粉的產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了模擬，基本還原了煤粉的原始運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，能夠定量分析煤儲(chǔ)層的合適的擾動(dòng)狀態(tài)以及和合適的煤體結(jié)構(gòu)（煤儲(chǔ)層孔隙類型），從而制定合適的排采制度，達(dá)到管控煤粉的效果。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位詞是以附圖中零部件位于圖中以及零部件相互之間的位置來定義的，只是為了表達(dá)技術(shù)方案的清楚及方便。應(yīng)當(dāng)理解，所述方位詞的使用不應(yīng)限制本申請(qǐng)請(qǐng)求保護(hù)的范圍。

在不沖突的情況下，本文中上述實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。