[發明專利]卸壓構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置及方法

有效

• 申請號: 201110097059.3
• 申請日: 2011-04-19
• 公開（公告）號: CN102252957A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 王利;廖明成;陳亞娟;常旭;王云飛;王正一;毛元春
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N19/00
• 分類號: G01N19/00;G01N15/08;G01N9/02;G01N1/28
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1.一種卸壓構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，包括煤樣室、加卸壓裝置、氣壓加載設備、數據采集系統、固定支撐系統，其特征在于：所述煤樣室由鋼筒(1)制成，鋼筒兩端分別設置有底封蓋(2)和頂封蓋(17)，上述兩個封蓋通過螺栓(7)與鋼筒(1)連接，底封蓋(2)設置有中心孔道(6)與所述氣壓加載設備連接，頂封蓋(17)設置有三個孔道，繞中心呈120°間隔排列，供壓力傳遞桿(8)穿過；所述加卸壓裝置由壓力封堵蓋(3)、壓力傳遞桿(8)、壓力承臺(9)、壓力墊板(10)、活塞(11)和壓力缸(19)組成，活塞(11)驅動壓力承臺(9)的作用力通過壓力傳遞桿(8)驅使壓力封堵蓋(3)在鋼筒(1)內運動；所述數據采集系統由鑲嵌在鋼筒(1)壁上和壓力封堵蓋(3)上的傳感器(13、14)、電纜(15)、數據采集器和計算機組成；所述固定支撐系統由反力架(21)和支撐架(20)組成；

2.根據權利要求1所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，壓力傳遞桿(8)一端與壓力封堵蓋(3)固定連接，另一端與壓力承臺(9)固定連接；

3.根據權利要求1所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，壓力封堵蓋(3)上設置至少兩個螺栓孔道，用于鑲嵌溫度傳感器和壓力傳感器，且壓力封堵蓋(3)側沿設置凹槽，用于安裝密封圈(4)；

4.根據權利要求1-3任一項所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，所述鋼筒壁上的傳感器(13、14)設置至少為兩行，沿鋼筒軸線方向線性排列，一排為溫度傳感器，另一排為壓力傳感器；

5.根據權利要求1-3任一項所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，底封蓋在煤樣室側設置底槽用于安裝泡沫金屬網(5)，底封蓋中心設置進氣管(6)，與氣壓加載設備相連；

6.根據權利要求1-3任一項所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，頂封蓋(17)還設置有中心孔道(16)，用于封堵蓋(3)上傳感器的電纜線輸出；

7.根據權利要求1-3任一項所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，所述固定支撐系統的支架至少為三個，鋼筒(1)安裝在兩個支撐架上，壓力缸(19)安放在另一個支架上；

8.根據權利要求1-3任一項所述的構造煤固-流轉化參數實驗測定裝置，其特征在于，靠近底封蓋的反力架(21)立柱上設置有進氣管通道(22)；

9.根據權利要求1-8所述的構造煤固流轉化參數實驗測定裝置進行的參數測定方法，其特征在于，

(1)煤樣壓制，從現場構造煤層中取樣經過粉碎、篩選，然后將篩選好不同粒徑(目)的煤粉進行配比，并摻入適量的水分，將煤粉分段壓制于鋼筒內，壓制后每段煤樣長度與鋼筒(1)直徑相當；每段煤樣(18)壓制應保持至少5分鐘，并將煤段間的壓制面劃碎，使煤段均勻相接；

實驗時可選用不同壓力壓制煤樣，也可壓制不同的煤樣長度，壓力由加卸壓裝置提供；在煤樣壓制過程中，壓力封堵蓋(3)不安裝傳感器，待煤樣最后壓制完成，安裝傳感器；根據每次實驗前稱量壓制煤樣的實際質量和長度，從而計算出煤樣的密度和孔隙率；

(2)充氣滲流，煤樣壓制完成后，撤離壓力封堵蓋(3)，進氣管(6)接通氣體加壓設備，氣體(CH4)經泡沫金屬網(5)過濾形成在鋼筒橫截面整體推進的壓力陣面，通過計算機采樣各測點壓力，判斷是否達到定常滲流，此時可根據鋼筒上游壓力、下游壓力、流量、以及煤樣長度等計算煤樣的滲透率；接下來，進行高壓瓦斯充氣，形成構造煤的賦存壓力條件：

達到定常滲流的煤樣用壓力封堵蓋(3)封住，鋼筒端部用頂封蓋(17)封閉，活塞加壓至地應力壓力，保持壓力不變，在壓力封堵蓋安裝溫度傳感器和壓力傳感器；通過進氣管(6)繼續向鋼筒中的煤樣內充氣，直至形成地下構造煤的瓦斯壓力，關閉進氣管(6)閥門；

(3)卸壓-固-流轉化，待鋼筒內的瓦斯壓力達到地下瓦斯壓力時，壓力缸(19)卸壓，迅速移去鋼墊板(10)，壓力封堵蓋(3)附近迅速形成卸壓區，構造煤開始由固態向兩相流體轉化，轉化形成的流體壓力和溫度由壓力封堵蓋(3)上的傳感器測得，固-流轉化陣面的傳播速度由鋼筒1壁上的壓力傳感器(13)和溫度傳感器(14)測得；

(4)數據傳輸和處理，壓力傳感器和溫度傳感器數據經電纜(15)，進入多通道數據采集器(A/D)，輸出數字信號；計算機安裝信號處理軟件，對數據進行處理；通過對不同位置的壓力傳感器記錄的初至壓力的時間差，以及傳感器的間隔距離，計算出傳播陣面的傳播速度；流體壓力變化和溫度變化直接由壓力封堵蓋(3)上的溫度傳感器和壓力傳感器讀取。