一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置的制造方法
【專利摘要】一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置，包括抽真空系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、解吸滲流系統(tǒng)和氣體計(jì)量系統(tǒng)；抽真空系統(tǒng)包括真空泵和真空容器，真空泵的進(jìn)氣口通過第一氣管與真空容器的出氣口連接，第一氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有真空表和第一截止閥；注氣系統(tǒng)包括甲烷氣罐，甲烷氣罐通過第二氣管與解吸滲流系統(tǒng)連接，第二氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有高壓表、第一減壓閥、低壓表、第一管道增壓泵、第二截止閥、單向閥、蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)、調(diào)壓閥、第三截止閥和第一壓力表；本實(shí)用新型便于操作、工作量小、測量快速準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)性能高，為煤層氣的滲透率和滲透量提供了實(shí)驗(yàn)和理論研究。
【專利說明】
一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于煤礦瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤礦瓦斯是一種可燃性氣體，它既是一種寶貴的資源，也是威脅煤礦安全生產(chǎn)的最大隱患，在采礦過程中，瓦斯從煤層內(nèi)擴(kuò)散涌出到礦井的巷道中，當(dāng)巷道中的瓦斯?jié)舛冗_(dá)到爆炸界限，遇到明火時(shí)，就會(huì)造成煤礦瓦斯爆炸事故。進(jìn)行井下本煤層或鄰近煤層的瓦斯預(yù)抽采是減少礦井瓦斯涌出量、防治煤礦瓦斯災(zāi)害的有效方法。目前公知的煤層瓦斯抽采方法主要有本煤層鉆孔抽采、鄰近煤層穿層鉆孔抽采、鄰近煤層巷道鉆孔聯(lián)合抽采和地面垂直鉆孔抽采等方法，這些方法的共同原理是在煤層中施工和外部連通的鉆孔或巷道，鉆孔或巷道周圍壓力高的瓦斯會(huì)向鉆孔或巷道的低壓區(qū)流動(dòng)，但由于我國的絕大多數(shù)煤田都屬于低滲透煤層，瓦斯流動(dòng)的速度緩慢，常規(guī)的瓦斯抽放方法對于低滲透煤層效果較差。
[0003]我國擁有豐富的煤層氣資源，其中絕大多數(shù)煤層為低滲透煤層，煤層氣開采量小，開采成本高、時(shí)間長，無法形成大規(guī)模的工業(yè)化開采，因此，多年來許多學(xué)者對如何提高煤層氣的滲透率和滲透量進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和理論研究，主要集中于地應(yīng)力對煤巖體滲透性影響以及注氣驅(qū)替煤層氣的方法，理論也揭示，溫度是改善煤層氣透氣性的一個(gè)關(guān)鍵性因素，蒸汽注入煤層中提高煤層溫度，促使煤層氣解吸，蒸汽在煤層中滲透驅(qū)動(dòng)煤層氣流動(dòng)，可以提高煤層氣開采效率，但對于煤層氣條件、煤層甲烷條件，需要使用不同的蒸汽注入?yún)?shù)如蒸汽溫度、蒸汽干度、蒸汽流量、注氣鉆孔布置等，針對以上情況，亟需對蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流進(jìn)行測試。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種便于操作、工作量小、測量快速準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)性能高，能夠快速準(zhǔn)確地測定不同環(huán)境條件下煤體中瓦斯的吸附滲透性的一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置，包括抽真空系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、解吸滲流系統(tǒng)和氣體計(jì)量系統(tǒng)；
[0006]抽真空系統(tǒng)包括真空栗和真空容器，真空栗的進(jìn)氣口通過第一氣管與真空容器的出氣口連接，第一氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有真空表和第一截止閥；
[0007]注氣系統(tǒng)包括甲烷氣罐，甲烷氣罐通過第二氣管與解吸滲流系統(tǒng)連接，第二氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有高壓表、第一減壓閥、低壓表、第一管道增壓栗、第二截止閥、單向閥、蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)、調(diào)壓閥、第三截止閥和第一壓力表;真空容器的進(jìn)氣口通過第三氣管與第二氣管連接，第三氣管與第二氣管的連接處位于調(diào)壓閥與第三截止閥之間，第三氣管上設(shè)有第四截止閥；
[0008]解吸滲流系統(tǒng)包括密封恒溫箱、三軸夾持器和平衡罐;平衡罐和三軸夾持器位于密封恒溫箱內(nèi)，甲烷氣罐通過第二氣管與三軸夾持器連接;平衡罐上設(shè)有第四壓力表，平衡罐的進(jìn)氣口通過第五氣管與第二氣管連接，第五氣管與第二氣管的連接處位于調(diào)壓閥與第三截止閥之間，平衡罐的出氣口通過第六氣管與第二氣管連接，第六氣管與第二氣管的連接處位于第一壓力表與三軸夾持器之間，第五氣管上設(shè)有第五截止閥，第六氣管上設(shè)有第六截止閥；密封恒溫箱的進(jìn)口設(shè)有第一溫度傳感器，密封恒溫箱的出口設(shè)有第二溫度傳感器;三軸夾持器通過第七氣管連接有軸壓栗，三軸夾持器通過第八氣管連接有圍壓栗，第七氣管上設(shè)有第七截止閥，第八氣管上設(shè)有第八截止閥；
[0009]氣體計(jì)量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制電腦、電子天平、氣液分離器和氣體流量計(jì)，氣液分離器通過第九氣管與三軸夾持器的出口連接，第九氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有第三壓力表、第二減壓閥、第九截止閥和制冷器;氣液分離器通過第十氣管與氣體流量計(jì)連接，第十氣管上設(shè)有干燥器;數(shù)據(jù)采集控制電腦分別通過數(shù)據(jù)線與第一壓力表、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第四壓力表、第三壓力表、氣體流量計(jì)和電子天平連接。
[0010]蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)包括水箱和蒸汽發(fā)生器，水箱通過第一水管與蒸汽發(fā)生器連接，蒸汽發(fā)生器通過第四氣管與第二氣管連接;第一水管上沿水流動(dòng)方向依次設(shè)有自吸栗、第十截止閥、高壓儲(chǔ)水罐和第十一截止閥，第四氣管上沿蒸汽流動(dòng)方向依次設(shè)有第二壓力表、第十二截止閥、第二管道增壓栗和第十三截止閥，蒸汽發(fā)生器的出氣口處設(shè)有溫度表。
[0011]采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型具有以下有益效果:本實(shí)用新型主要操作是抽真空系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、解吸滲流系統(tǒng)、氣體計(jì)量系統(tǒng)之間的銜接和配合，抽真空系統(tǒng)是把管道和各個(gè)設(shè)備內(nèi)的空氣排出；解吸滲流系統(tǒng)主要是放置平衡罐和三軸夾持器，保持密封恒溫箱內(nèi)裝置保持某一恒定溫度，在沖完甲烷氣體后對煤樣施加軸向壓力和環(huán)向壓力;注氣系統(tǒng)是人為的注入一定壓力的瓦斯氣體儲(chǔ)存在平衡罐中，然后經(jīng)過平衡罐向三軸夾持器里注入指定壓力的甲烷氣體，讓煤樣充分吸收后，開始注入高溫高壓蒸汽，利用蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體中吸附的甲烷氣體發(fā)生解吸并向壓力小的一側(cè)流動(dòng);計(jì)量系統(tǒng)是從解吸滲流系統(tǒng)流出的氣體經(jīng)過冷卻后，在汽液分離器中進(jìn)行分離，出氣口的甲烷經(jīng)過干燥后，經(jīng)過流量計(jì)直接排出，另外可以利用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集控制電腦上，記錄蒸汽進(jìn)口和出口的壓力表讀數(shù)、溫度傳感器示數(shù)、平衡罐的壓力表示數(shù)、高精度電子天平的示數(shù)、氣體流量計(jì)的示數(shù)，進(jìn)而計(jì)算出煤體中解吸瓦斯的滲透率、蒸汽的滲透率，蒸汽在煤體中熱傳導(dǎo)性;高溫蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體中瓦斯?jié)B流技術(shù)是利用高溫高壓蒸汽促進(jìn)煤中的甲烷解吸，測試煤層瓦斯透氣性的一種新實(shí)驗(yàn)方式;測試方法研究了應(yīng)力和溫度影響下煤體的滲流規(guī)律，能夠?yàn)橥咚钩榉诺脑O(shè)計(jì)和優(yōu)化以及煤層氣的開采提供理論參考。
[0012]綜上所述，本實(shí)用新型便于操作、工作量小、測量快速準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)性能高，為煤層氣的滲透率和滲透量提供了實(shí)驗(yàn)和理論研究。
【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型的一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置，包括抽真空系統(tǒng)1、注氣系統(tǒng)π、解吸滲流系統(tǒng)m和氣體計(jì)量系統(tǒng)IV;
[0015]抽真空系統(tǒng)I包括真空栗I和真空容器2，真空栗I的進(jìn)氣口通過第一氣管13與真空容器2的出氣口連接，第一氣管13上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有真空表3和第一截止閥14;
[0016]注氣系統(tǒng)Π包括甲烷氣罐4，甲烷氣罐4通過第二氣管15與解吸滲流系統(tǒng)連接，第二氣管15上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有高壓表5、第一減壓閥6、低壓表7、第一管道增壓栗8、第二截止閥58、單向閥9、蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)、調(diào)壓閥10、第三截止閥11和第一壓力表12;真空容器2的進(jìn)氣口通過第三氣管16與第二氣管15連接，第三氣管16與第二氣管15的連接處位于調(diào)壓閥10與第三截止閥11之間，第三氣管16上設(shè)有第四截止閥17;
[0017]蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)包括水箱18和蒸汽發(fā)生器19，水箱18通過第一水管20與蒸汽發(fā)生器19連接，蒸汽發(fā)生器19通過第四氣管21與第二氣管15連接;第一水管20上沿水流動(dòng)方向依次設(shè)有自吸栗22、第十截止閥23、高壓儲(chǔ)水罐24和第^^一截止閥25，第四氣管21上沿蒸汽流動(dòng)方向依次設(shè)有第二壓力表26、第十二截止閥27、第二管道增壓栗28和第十三截止閥29，蒸汽發(fā)生器19的出氣口處設(shè)有溫度表30 ；
[0018]解吸滲流系統(tǒng)m包括密封恒溫箱31、三軸夾持器32和平衡罐33;平衡罐33和三軸夾持器32位于密封恒溫箱31內(nèi)，甲烷氣罐4通過第二氣管15與三軸夾持器32連接;平衡罐33上設(shè)有第四壓力表34，平衡罐33的進(jìn)氣口通過第五氣管35與第二氣管15連接，第五氣管35與第二氣管15的連接處位于調(diào)壓閥10與第三截止閥11之間，平衡罐33的出氣口通過第六氣管36與第二氣管15連接，第六氣管36與第二氣管15的連接處位于第一壓力表12與三軸夾持器32之間，第五氣管35上設(shè)有第五截止閥37，第六氣管36上設(shè)有第六截止閥38;密封恒溫箱31的進(jìn)口設(shè)有第一溫度傳感器39，密封恒溫箱31的出口設(shè)有第二溫度傳感器40;三軸夾持器32通過第七氣管41連接有軸壓栗42，三軸夾持器32通過第八氣管43連接有圍壓栗44，第七氣管41上設(shè)有第七截止閥45，第八氣管43上設(shè)有第八截止閥46;
[0019]氣體計(jì)量系統(tǒng)IV包括數(shù)據(jù)采集控制電腦47、電子天平48、氣液分離器49和氣體流量計(jì)50，氣液分離器49通過第九氣管51與三軸夾持器32的出口連接，第九氣管51上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有第三壓力表52、第二減壓閥53、第九截止閥54和制冷器55;氣液分離器49第十氣管56與氣體流量計(jì)50連接，第十氣管56上設(shè)有干燥器57 ;數(shù)據(jù)采集控制電腦47分別通過數(shù)據(jù)線與第一壓力表12、第一溫度傳感器39、第二溫度傳感器40、第四壓力表34、第三壓力表52、氣體流量計(jì)50和電子天平48連接。
[0020]—種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試方法，包括以下步驟:
[0021 ] (I)制備煤樣:采集不同滲透率的煤樣，按照要求將其加工成Φ50 X 10mm標(biāo)準(zhǔn)煤樣，50mm為煤樣的直徑，I OOmm為煤樣的長度；
[0022](2)檢查實(shí)驗(yàn)條件:檢查各個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，測試其是否完好無損，并檢查所有管路是否暢通，甲烷氣罐4的氣體含量是否能達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)想的實(shí)驗(yàn)壓力，三軸夾持器32的密封效果是否完好，各實(shí)驗(yàn)儀表的示數(shù)是否正常，用電設(shè)備的線路是否通路；
[0023](3)裝配煤樣并準(zhǔn)備真空實(shí)驗(yàn)條件:將煤樣套上熱收縮橡膠套，接著固定到三軸夾持器32上；打開第三截止閥11、第四截止閥17和第一截止閥14，其他閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟真空栗I和密封恒溫箱31，使密封恒溫箱31內(nèi)的溫度保持在100?105°C，通過真空栗I對三軸夾持器32內(nèi)部抽真空，當(dāng)真空表3的示數(shù)為0.1Mpa時(shí)，關(guān)閉第三截止閥11、第四截止閥17和第一截止閥14;
[0024](4)向平衡罐33內(nèi)注入甲烷氣體:打開第一減壓閥6、第二截止閥58、單向閥9、調(diào)壓閥10和第五截止閥37，同時(shí)打開甲烷氣罐4，甲烷氣體在第一管道增壓栗8的驅(qū)動(dòng)下并沿第二氣管15進(jìn)入平衡罐33，當(dāng)平衡罐33上的第四壓力表34上的壓力值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉甲烷氣罐4，同時(shí)關(guān)閉第一減壓閥6、第二截止閥58、單向閥9、調(diào)壓閥1和第五截止閥37;
[0025](5)向三軸夾持器32內(nèi)注入甲烷氣體:打開第六截止閥38，平衡罐33內(nèi)的甲烷氣體沿第六氣管36并經(jīng)第二氣管15進(jìn)入三軸夾持器32內(nèi)，連續(xù)24h向三軸夾持器32內(nèi)充入甲烷氣體，使煤樣對甲烷氣體的吸附達(dá)到平衡，當(dāng)?shù)谒膲毫Ρ?4的示數(shù)不再變化時(shí)，關(guān)閉第六截止閥38;
[0026](6)煤樣受力模擬:打開第七截止閥45和第八截止閥46，接著啟動(dòng)軸壓栗42和圍壓栗44，對煤樣施加軸向壓力和環(huán)向壓力；
[0027](7)打開數(shù)據(jù)采集控制電腦47;
[0028](8)持續(xù)向三軸夾持器32內(nèi)通入高溫高壓蒸汽:打開第十截止閥23，然后開啟自吸栗22往高壓儲(chǔ)水罐24內(nèi)注水，當(dāng)高壓儲(chǔ)水罐24內(nèi)注滿水后，關(guān)閉第十截止閥23和高壓儲(chǔ)水罐24，接著打開第十一截止閥25并啟動(dòng)蒸汽發(fā)生器19，當(dāng)蒸汽發(fā)生器19的出氣口處的溫度計(jì)示數(shù)達(dá)到設(shè)定值后，依次打開第十二截止閥27、第十三截止閥29和第三截止閥11，同時(shí)打開第二管道增壓栗28，在第二管道增壓栗28的驅(qū)動(dòng)下向三軸夾持器32內(nèi)持續(xù)注入高溫高壓蒸汽，調(diào)節(jié)調(diào)壓閥10調(diào)節(jié)第一壓力表12的示數(shù)，使第一壓力表12示數(shù)為a;
[0029](9)氣液分離:開啟制冷器55，然后打開第二減壓閥53和第九截止閥54，三軸夾持器32內(nèi)的氣液混合體經(jīng)過第三壓力表52和制冷器55進(jìn)入氣液分離器49，被冷卻的液體在氣液分離器49的液體出口流出，被解吸的甲烷氣體經(jīng)過干燥器57、氣體流量計(jì)50排出，同時(shí)記錄第三壓力表52的示數(shù)b、電子天平48的示數(shù)和氣體流量計(jì)50的示數(shù)d;
[0030](10)數(shù)據(jù)采集控制電腦47對第一壓力表12、第一溫度傳感器39、第二溫度傳感器40、第四壓力表34、第三壓力表52、氣體流量計(jì)50和電子天平48所示的上述數(shù)值進(jìn)行采集，根據(jù)煤體瓦斯?jié)B透率公式，計(jì)算瓦斯煤樣滲透率k=(2dPy*l)Ai(a-b)r，P為室內(nèi)大氣壓力，μ為甲烷氣體粘性系數(shù)，r為煤樣的半徑0.025m，I為煤樣的長度0.1m。
[0031]本實(shí)施例并非對本實(shí)用新型的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置，其特征在于:包括抽真空系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、解吸滲流系統(tǒng)和氣體計(jì)量系統(tǒng)； 抽真空系統(tǒng)包括真空栗和真空容器，真空栗的進(jìn)氣口通過第一氣管與真空容器的出氣口連接，第一氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有真空表和第一截止閥； 注氣系統(tǒng)包括甲烷氣罐，甲烷氣罐通過第二氣管與解吸滲流系統(tǒng)連接，第二氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有高壓表、第一減壓閥、低壓表、第一管道增壓栗、第二截止閥、單向閥、蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)、調(diào)壓閥、第三截止閥和第一壓力表;真空容器的進(jìn)氣口通過第三氣管與第二氣管連接，第三氣管與第二氣管的連接處位于調(diào)壓閥與第三截止閥之間，第三氣管上設(shè)有第四截止閥； 解吸滲流系統(tǒng)包括密封恒溫箱、三軸夾持器和平衡罐;平衡罐和三軸夾持器位于密封恒溫箱內(nèi)，甲烷氣罐通過第二氣管與三軸夾持器連接;平衡罐上設(shè)有第四壓力表，平衡罐的進(jìn)氣口通過第五氣管與第二氣管連接，第五氣管與第二氣管的連接處位于調(diào)壓閥與第三截止閥之間，平衡罐的出氣口通過第六氣管與第二氣管連接，第六氣管與第二氣管的連接處位于第一壓力表與三軸夾持器之間，第五氣管上設(shè)有第五截止閥，第六氣管上設(shè)有第六截止閥;密封恒溫箱的進(jìn)口設(shè)有第一溫度傳感器，密封恒溫箱的出口設(shè)有第二溫度傳感器;三軸夾持器通過第七氣管連接有軸壓栗，三軸夾持器通過第八氣管連接有圍壓栗，第七氣管上設(shè)有第七截止閥，第八氣管上設(shè)有第八截止閥； 氣體計(jì)量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制電腦、電子天平、氣液分離器和氣體流量計(jì)，氣液分離器通過第九氣管與三軸夾持器的出口連接，第九氣管上沿氣體流動(dòng)方向依次設(shè)有第三壓力表、第二減壓閥、第九截止閥和制冷器;氣液分離器通過第十氣管與氣體流量計(jì)連接，第十氣管上設(shè)有干燥器;數(shù)據(jù)采集控制電腦分別通過數(shù)據(jù)線與第一壓力表、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、第四壓力表、第三壓力表、氣體流量計(jì)和電子天平連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蒸汽驅(qū)動(dòng)煤體瓦斯解吸滲流的測試裝置，其特征在于:蒸汽發(fā)生機(jī)構(gòu)包括水箱和蒸汽發(fā)生器，水箱通過第一水管與蒸汽發(fā)生器連接，蒸汽發(fā)生器通過第四氣管與第二氣管連接;第一水管上沿水流動(dòng)方向依次設(shè)有自吸栗、第十截止閥、高壓儲(chǔ)水罐和第十一截止閥，第四氣管上沿蒸汽流動(dòng)方向依次設(shè)有第二壓力表、第十二截止閥、第二管道增壓栗和第十三截止閥，蒸汽發(fā)生器的出氣口處設(shè)有溫度表。
【文檔編號(hào)】G01N15/08GK205538584SQ201620243147
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】喬卿付, 袁瑞甫, 侯志強(qiáng), 劉銀先, 魏曉
【申請人】河南理工大學(xué)