[實用新型]一種煤體吸附解吸瓦斯氣體過程變形測試裝置

有效

• 申請號: 201220710945.9
• 申請日: 2012-12-21
• 公開（公告）號: CN203053399U
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 劉延保;文光才;張志剛;周厚權;楊慧明;金洪偉;王波;苗法田;程波;劉國慶;張憲尚;郭平
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16;G01N7/02
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 張小曉

技術領域

本實用新型涉及一種試驗測試裝置和測試方法，特別是涉及一種用于測量煤體吸附、解吸瓦斯氣體過程中煤體變形量的測試裝置和方法。

背景技術

煤與瓦斯相互作用機制是瓦斯災害防治領域研究的基礎科學問題，其不僅對探究礦井煤巖瓦斯動力災害機理具有重要的指導作用，同時也為煤層瓦斯的抽采或煤層氣開發提供重要的技術支撐。礦井瓦斯生成于煤的變質階段，主要以吸附于微孔隙表面以及承壓于煤巖體孔、裂隙內的狀態賦存。煤體-圍巖體系在瓦斯壓力與巖體應力共同作用下處于相對靜止的平衡狀態。當井工采礦活動進入煤層及其圍巖中，這種平衡狀態受到擾動，導致煤巖體應力場重新分布與煤巖層中瓦斯的重新運移。在平衡狀態改變過程中，煤體的微細觀結構變化除了受到圍巖應力的作用外，還很大程度上還受到游離態瓦斯產生的孔隙氣體壓力和吸附態瓦斯產生的煤體膨脹變形的影響。大量的實際現象和試驗結果已經表明，這種由于氣體吸附、解吸造成的煤體性態的變化在瓦斯動力災害發生過程中起著重要作用。因此，研究煤體吸附、解吸瓦斯變形的動態演化機理對深入認識煤巖瓦斯動力災害的演化機理具有重要作用。吸附、解吸變形是煤體的固有特性，其變形值反映了煤體強度、變質程度、煤層溫度、孔隙特性和裂隙發育程度以及含瓦斯能力的強弱。在同樣的外部條件下，突出煤的變形值遠大于非突出煤。因此，煤體的吸附、解吸變形特性也對煤層突出危險性測定有輔助作用。此外，在煤層瓦斯的運移過程中，瓦斯的吸附、解吸會使煤體產生膨脹、收縮變形，使煤體的力學性質發生變化，從而引起煤巖的孔隙結構變化，進而引起煤巖滲透性的變化。同時，煤巖的孔隙結構和滲透系數變化反過來又影響瓦斯在煤體中的賦存與流動。因此，要獲得煤層瓦斯的真實運移規律，則必須考慮煤體吸附、解吸變形的影響。

測定煤體瓦斯吸附量的方法有很多,常用的主要有重量法和容量法。容量法是將煤體放在已知容積的密閉系統中，在一系列瓦斯氣體壓力下，根據氣態方程，即氣體質量和溫度、壓力及容積之間關系，計算出瓦斯氣體的被吸附量。容量法測試技術具有測定方法合理，測定裝置簡單易行、操作方便，測試的數據可靠、直觀等特點，是我國大專院校、科研院所及局所主要采用的方法。但是，目前容量法測試裝置，在測量吸附、解吸變形時具有一定的局限性，例如，這些測試裝置的試樣都是采用顆粒狀煤樣，煤樣粒度在0.25～0.18mm之間，難以獲得吸附、解吸變形量；高壓吸附解吸罐的結構專門為顆粒煤樣設計，要加工適合的塊煤樣非常困難；另外高壓吸附解吸罐上一般也沒有設置變形測量接口。

近年來，隨著人們對煤巖瓦斯動力災害發生機制、煤層氣開采、以及CO₂煤層封存等技術關注程度的不斷提高，許多研究者開始了煤巖吸附、吸附變形以及滲透性測量方面的研究，并相繼開發了測試煤巖吸附量以及吸附、解吸變形的技術和裝置。這些裝置雖然專門為測量煤體的吸附、解吸變形所研制，但在實驗條件上往往不能滿足要求。如現有設備吸附平衡時間較短，絕大多數實驗的平衡時間都在60小時以內，而吸附變形測試塊狀煤樣不同于顆粒狀煤樣，尤其是在用原煤做實驗時，煤體的吸附平衡時間要長得多，有的要幾百個小時才能達到平衡，現有設備受到穩定性的制約，不能達到這一要求；利用現有設備開展的吸附、解吸變形試驗氣體壓力大多數在5.0MPa以內，而煤體在高壓下，往往表現出不同于低壓時的特性，因此需要能實現高壓吸附變形的測試裝置（0～10.0MPa）；在進行解吸變形試驗時，根據實際工程狀況，需要測試不同壓力梯度下煤樣的變形值，因此，需要為含瓦斯煤的解吸提供一個可控的環境壓力。同樣，在利用不同氣體與CH₄之間的競爭吸附作用進行CO₂煤層封存、煤層氣注氣增采等試驗時，也需要提供一個氣體混合和置換的壓力環境，這些都是現有的試驗裝置不能實現的；此外，現有容量法測試設備在計算吸附量時，都忽略了煤體的吸附、解吸變形對自由空間體積的影響，因而測得的吸附量與真實吸附量之間存在一定的誤差。

因此，本領域技術人員致力于開發一種使煤體吸附、解吸瓦斯氣體過程中變形規律分析結果可靠性更高的測試裝置和測試方法。

實用新型內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種使煤體吸附、解吸瓦斯氣體過程中變形規律分析結果可靠性更高的測試裝置和測試方法。

為實現本實用新型第一層面的目的，本實用新型提供了一種煤體吸附解吸瓦斯氣體過程變形測試裝置，包括變形測試系統、高壓吸附解吸罐和氣體控制系統；所述變形測試系統包括彼此連接的電阻應變片和電阻應變儀；所述電阻應變儀與綜合處理終端連接；所述綜合處理終端連接有壓力采集卡；