[實(shí)用新型]動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔隙壓力分布及變化的瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201520008125.9
• 申請(qǐng)日: 2015-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN204422365U
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李波;秦恒潔;陳科;孫東輝;任培良
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N7/10
• 分類號(hào): G01N7/10;G01N15/08
• 代理公司: 鄭州立格知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41126
• 代理人: 涂連梅

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于煤炭開采領(lǐng)域，具體涉及一種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔隙壓力分布及變化的瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

煤礦瓦斯災(zāi)害事故頻發(fā)，目前最有效的瓦斯災(zāi)害治理手段之一就是瓦斯抽采，瓦斯抽采的效率很大程度上決定于瓦斯在煤層中流動(dòng)的難易程度，因此研究煤層瓦斯流動(dòng)規(guī)律具有十分重要的意義。

學(xué)者們?cè)诿簩油咚沽鲃?dòng)方面做了大量的研究，在瓦斯流動(dòng)理論方面目前被多數(shù)學(xué)者所認(rèn)同的就是瓦斯在煤層中的流動(dòng)遵從達(dá)西定律，即瓦斯的流動(dòng)速度與瓦斯氣體壓力梯度呈正比關(guān)系：

其中，V為游離狀態(tài)的煤層瓦斯的滲流素矢量；k為煤層裂隙系統(tǒng)的滲透率，m²；μ為煤層瓦斯動(dòng)力粘度，Pa·s；▽為哈密頓算符；p為裂隙系統(tǒng)游離煤層瓦斯的氣體壓力，Pa。可以看出，瓦斯壓力在煤層中的變化及梯度分布對(duì)瓦斯流動(dòng)起著重要的作用，要對(duì)煤層瓦斯的流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行研究就避不開瓦斯流動(dòng)過程中孔隙壓力分布及變化這個(gè)問題。

但是目前所研發(fā)出來(lái)的瓦斯?jié)B流裝置還有以下幾點(diǎn)亟待完善：（1）多數(shù)裝置只能進(jìn)行出口瓦斯流量數(shù)據(jù)采集來(lái)觀測(cè)流量數(shù)據(jù)變化，但是不能在瓦斯流動(dòng)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)煤樣內(nèi)部氣體孔隙壓力分布及變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此不能得到直觀可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)支撐孔隙壓力對(duì)瓦斯?jié)B流規(guī)律影響的研究；（2）目前設(shè)備多數(shù)只能控制進(jìn)氣孔氣體壓力，而設(shè)備出氣口直接放空，不能控制調(diào)節(jié)出氣口壓力，導(dǎo)致一個(gè)進(jìn)氣壓力只存在一個(gè)壓差，實(shí)驗(yàn)條件單一，對(duì)研究孔隙壓對(duì)瓦斯?jié)B流影響造成不便；（3）對(duì)于瓦斯流量數(shù)據(jù)的采集，目前設(shè)備要么采用排水法解析進(jìn)行人為讀數(shù)，要么采用單臺(tái)氣體流量計(jì)。問題是，過多的人為操作會(huì)導(dǎo)致過多的誤差，而采用單臺(tái)的流量計(jì)有一個(gè)量程問題，瓦斯流量變化在量程之外會(huì)造成較大誤差。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了提供一種動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔隙壓力分布及變化的瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)裝置。

基于上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)孔隙壓力分布及變化的瓦斯?jié)B流實(shí)驗(yàn)裝置，包括滲流室，所述滲流室由缸體、設(shè)置在缸體上部的活塞壓頭構(gòu)成，缸體與活塞壓頭圍成的腔室為樣品室，缸體側(cè)壁從上往下均勻設(shè)有多個(gè)測(cè)壓孔，缸體底部設(shè)有出氣孔道；所述活塞壓頭上設(shè)有進(jìn)氣孔道，進(jìn)氣孔道上連接有進(jìn)氣管，進(jìn)氣管通過三通閥分別與瓦斯輸送管道、抽真空管道相連；所述出氣孔道與數(shù)據(jù)采集裝置相連。在缸體側(cè)壁上均勻從上往下均勻設(shè)有多個(gè)測(cè)壓孔，使得該裝置不僅可以檢測(cè)滲流室進(jìn)出口的壓力，還可以監(jiān)測(cè)瓦斯流動(dòng)過程中煤樣內(nèi)部氣體孔隙壓力大小及變化，獲得連續(xù)性數(shù)據(jù)。

所述測(cè)壓孔有4個(gè)，測(cè)壓孔上安裝有氣體壓力傳感器，氣體壓力傳感器與電腦數(shù)據(jù)采集儀相連，電腦自動(dòng)采集數(shù)據(jù)可以隨時(shí)監(jiān)控壓力分布及變化，并減少因人工操作差異而造成的誤差。

所述出氣孔道上連接有出氣管，出氣管通過快速接頭與數(shù)據(jù)采集裝置相連；所述出氣管上設(shè)有活塞回壓裝置，活塞回壓裝置與出氣孔道之間的出氣管上設(shè)有閥門和排氣管，排氣管上設(shè)有泄壓閥。在出氣上設(shè)置活塞回壓裝置，可以在瓦斯流動(dòng)過程中控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)出氣口的出氣壓力，從而調(diào)節(jié)煤樣進(jìn)氣口與出氣口的壓力梯度，可進(jìn)行同一進(jìn)氣壓力不同壓差條件下的滲流實(shí)驗(yàn)。

所述數(shù)據(jù)采集裝置包括四路并聯(lián)的支管，支管上均設(shè)有氣動(dòng)閥，其中的三路支管分別與量程不同的氣體質(zhì)量流量計(jì)相連，第四路支管與排水器相連，排水器底部設(shè)有出水管，出水管的另一端連接至集水容器，集水容器置于電子天平上。可以根據(jù)出氣孔氣體流量的大小來(lái)選取合適的流量測(cè)取裝置，提高數(shù)據(jù)采集的精度。

所述氣體質(zhì)量流量計(jì)的量程分別為0~100mL、0~500?mL、0~2000?mL。三個(gè)氣體流量計(jì)的量程采用梯度設(shè)計(jì)，可以滿足不同的數(shù)據(jù)采集需要。

所述瓦斯輸送管道與高壓氣瓶相連，抽真空管道與真空泵相連；所述進(jìn)氣管上設(shè)有快速接頭；所述瓦斯輸送管道上從高壓氣瓶開始依次設(shè)有調(diào)壓閥、流量計(jì)、閥門；所述抽真空管道上設(shè)有排氣管、真空容器和閥門，排氣管上設(shè)有泄壓閥。

所述滲流室的缸體底部設(shè)有底座。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的滲流實(shí)驗(yàn)裝置通過對(duì)煤樣施加軸向壓力和改變瓦斯氣體的出口壓力，可進(jìn)行同一進(jìn)氣壓力不同壓差條件下的滲流實(shí)驗(yàn)，可模擬煤體所處地的應(yīng)力及受載瓦斯壓力的環(huán)境下進(jìn)行受載含瓦斯煤體滲流實(shí)驗(yàn)，并能夠在實(shí)驗(yàn)過程中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)煤樣瓦斯孔隙壓力分布及變化；并且采用多流量級(jí)別氣體質(zhì)量流量計(jì)及排水法電子天平進(jìn)行流量數(shù)據(jù)采集，可以根據(jù)出氣孔氣體流量的大小來(lái)選取測(cè)取流量裝置，進(jìn)而提高了數(shù)據(jù)采集的精度。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。