[發明專利]一種高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動的模擬實驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201710633574.6
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107478541B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發明（設計）人: 姜海納;徐樂華;王鵬昊;馮國瑞;胡勝勇;李振;高強;崔家慶;宋誠
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N7/04
• 分類號: G01N7/04;G01N7/14
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動的模擬實驗裝置，其特征在于：包括注水裝置、注氣裝置、控制臺、監測裝置、抽真空裝置和擾動控制裝置；

注水裝置由注水閥門、注水管、注水泵組成；注水裝置通過注水閥門控制，將水體經注水管輸送注入釜體中，調節釜體中煤粉的含水量；

注氣裝置由注氣閥門、氣壓泵、減壓閥、管路組成；注氣裝置分為注瓦斯裝置和注氦氣裝置；其中注瓦斯裝置包括瓦斯儲氣罐、減壓閥和充氣管路 ；注氦氣裝置包括氦氣儲氣罐、減壓閥和充氣管路；

抽真空裝置由真空泵和真空閥門組成；控制臺能監控釜體結構中攪拌片攪動速率、釜體中溫度、壓強、水含量；

監測裝置包括計算機，計算機能顯示出不同含水量、不同速率的煤粉中瓦斯吸附解吸速率、釜體壓強和流量，達到定量控制；擾動控制裝置的結構分為攪拌裝置、釜體上蓋和釜體主體；釜體內設有煤粉，攪拌機構包括攪拌電機、攪拌磁極、攪拌棒和攪拌片，攪拌棒和攪拌片對釜體內部的煤粉進行攪拌；所述攪拌裝置，采用磁力攪拌的方式，有效避免因煤粉卡轉造成的攪拌裝置損壞；攪拌電機與攪拌裝置采用直連的方式，攪拌轉速為50rpm-70rpm，模擬現場實際的鉆井速度；

采用上述裝置進行的模擬實驗方法，包括以下步驟：由抽真空裝置對裝樣后的釜體進行抽真空，通過注氣裝置注入氦氣，測試釜體中煤粉的死空間，打開溫度控制開關和擾動控制開關進行恒溫擾動，打開真空泵閥門抽真空，打開注水裝置和注氣裝置向釜體內注水、注瓦斯，由計算機進行釜體中瓦斯吸附解吸速率以及流量和壓強的監測。

2.根據權利要求1所述的高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動的模擬實驗裝置，其特征在于：所述的釜體上蓋設有通氣孔、快開卡箍、精密濾墊；所述的釜體上蓋上部通有兩個通氣孔，在通氣孔下方，釜體上蓋下部有兩個凹槽，用于放置精密濾墊；凹槽與上部的通氣孔通過一個細長的連接通道連接。

3.根據權利要求1所述的高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動的模擬實驗裝置，其特征在于：所述的溫度傳感器探頭與釜體內腔相連，控制釜體內部的氣體溫度，以控制研究不同的溫度下，釜體中攪拌片攪拌煤粉過程中，煤粉中瓦斯的吸附情況。

4.根據權利要求1所述的高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動的模擬實驗裝置，其特征在于：所述模擬實驗方法包括以下步驟：

（1）打開釜體上蓋裝樣，打開監測裝置對釜體內部各種因素：溫度，擾動速度，氣體壓力，瓦斯濃度進行監測；

（2）打開真空閥門、真空泵，對裝樣完成的釜體進行抽真空處理，控制抽真空時間為8小時；

（3）打開注氣裝置的氦氣部分，打開注氣閥門，對釜體內部進行死空間測試，記錄，電腦監測氣體流量；

（4）打開溫控開關、擾動開關和真空泵閥門，對釜體進行二次抽真空處理，控制時間為2小時；

（5）對二次抽真空后的釜體進行注水處理，記錄注水流量，注水結束后關閉注水閥門，對釜體進行注氣處理，打開瓦斯氣部分注氣閥門向釜體內部注瓦斯氣；

（6）關閉注氣閥門和注水閥門，打開通氣孔在監測裝置的檢測下進行吸附平衡，監測釜體內部壓強和流量。