[發(fā)明專利]不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410096286.8
• 申請(qǐng)日: 2014-03-14
• 公開（公告）號(hào): CN103822856A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李祥春;楊春麗;聶百勝;胡守濤;王龍康
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
• 主分類號(hào): G01N13/00
• 分類號(hào): G01N13/00;G01N7/04;G01N7/14
• 代理公司: 北京凱特來知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤礦開采中煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

目前，在我國(guó)的一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭約占67%，預(yù)測(cè)到2020年煤炭占60%左右，2050年仍將占50％以上。因此，煤炭在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)將一直是我國(guó)居支配地位的主要能源。但是，我國(guó)的煤炭資源埋藏深度普遍較大，95%的煤炭需要井工開采，礦井以每年20m的速度向深部延伸，煤層瓦斯含量隨之增加，瓦斯災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)重。我國(guó)大中型礦井中高瓦斯和突出礦井占48%，建國(guó)以來發(fā)生煤與瓦斯突出事故1萬余次，占世界突出總數(shù)的1/3以上，其中最大的一次突出，突出煤炭和巖石量約12780噸，瓦斯150萬m³。同時(shí)，瓦斯也是一種溫室氣體，甲烷對(duì)臭氧層的破壞能力是二氧化碳的7倍，引起的升溫效應(yīng)是同體積二氧化碳的25倍。另外煤層瓦斯作為天然清潔能源，它還是一種資源，據(jù)測(cè)算，我國(guó)埋深2000m以淺的煤層氣35萬億m3，其中探明儲(chǔ)量約12萬億m3，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量23萬億m3，大體與我國(guó)的天然氣總量相當(dāng)，資源十分豐富。目前世界擁有的煤層氣資源總量約為240萬億立方米，資源量最多的5個(gè)國(guó)家依次為：俄羅斯、中國(guó)、加拿大、美國(guó)、澳大利亞。據(jù)計(jì)算，1000立方米煤層氣相當(dāng)于1噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其發(fā)熱量可達(dá)30兆焦/立方米以上，據(jù)此估算我國(guó)的煤層氣儲(chǔ)量相當(dāng)于350億噸標(biāo)準(zhǔn)煤或240億噸石油。

因此，從治理煤礦瓦斯災(zāi)害煤與瓦斯突出和環(huán)境污染，以及開發(fā)利用來看，瓦斯抽放都是很好的途徑。

由于我國(guó)煤層透氣性差，抽放效果普遍不太理想，這為煤與瓦斯突出的預(yù)防帶來了很大的困難。煤層瓦斯以吸附、游離狀態(tài)儲(chǔ)存在煤層及鄰近巖層之中。瓦斯在煤層中的運(yùn)移過程是一個(gè)擴(kuò)散-滲流過程。首先是大量的吸附瓦斯在煤中的解吸擴(kuò)散。在煤礦開采過程中煤層原始應(yīng)力狀態(tài)被破壞而處于采動(dòng)應(yīng)力影響之下，瓦斯平衡狀態(tài)被打破，吸附瓦斯開始解吸擴(kuò)散，最終從煤層涌出到巷道中。瓦斯整個(gè)的解吸擴(kuò)散過程處于不同應(yīng)力約束條件之下，而之前的研究對(duì)應(yīng)力的影響考慮較少，使得研究結(jié)果與實(shí)際存在偏差，進(jìn)而給瓦斯涌出預(yù)測(cè)等造成困難，對(duì)煤礦瓦斯防治工作不利。

現(xiàn)有技術(shù)中，還沒有一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置能用于研究瓦斯在煤體中的吸附解吸擴(kuò)散規(guī)律和研究清瓦斯運(yùn)移規(guī)律。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以真實(shí)模擬實(shí)際煤礦中煤層被采動(dòng)時(shí)瓦斯在煤體中的吸附解吸擴(kuò)散行為，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力約束條件下的瓦斯吸附解吸擴(kuò)散行為的測(cè)試，為研究煤體瓦斯運(yùn)移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、恒溫系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)；

所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括應(yīng)力加載測(cè)試缸，所述應(yīng)力加載測(cè)試缸設(shè)有加壓口、測(cè)溫口和進(jìn)氣口，所述加壓口連接有應(yīng)力加載裝置，所述測(cè)溫口設(shè)有溫度傳感器，所述進(jìn)氣口與所述氣路系統(tǒng)連接；

所述恒溫系統(tǒng)包括恒溫箱，所述應(yīng)力加載測(cè)試缸設(shè)于所述恒溫箱中；

所述氣路系統(tǒng)包括高壓氣瓶、減壓閥、截止閥、進(jìn)氣管路，所述進(jìn)氣管路上連接有壓力傳感器、出氣管路和真空泵，所述出氣管路上設(shè)有流量傳感器；

所述溫度傳感器、壓力傳感器和流量傳感器分別通過數(shù)據(jù)采集模塊與工控機(jī)連接。

由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，可以真實(shí)模擬實(shí)際煤礦中煤層被采動(dòng)時(shí)瓦斯在煤體中的吸附解吸擴(kuò)散行為，以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)力約束條件下的瓦斯吸附解吸擴(kuò)散行為的測(cè)試，為研究煤體瓦斯運(yùn)移規(guī)律、瓦斯涌出等理論提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力加載測(cè)試缸的縱向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力加載測(cè)試缸的加載活塞的端面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中應(yīng)力加載測(cè)試缸的端面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：

1、進(jìn)氣口，2、移動(dòng)圓柱體，3、加壓口，4、加載活塞，5、圓柱形缸體，6、測(cè)溫口，7、凸臺(tái)，8、橫向凹槽。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

本發(fā)明的不同應(yīng)力約束條件下煤體瓦斯吸附解吸擴(kuò)散模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其較佳的具體實(shí)施方式如圖1所示：