[發(fā)明專利]一種高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710633574.6
• 申請(qǐng)日: 2017-07-28
• 公開（公告）號(hào): CN107478541B
• 公開（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜海納;徐樂華;王鵬昊;馮國瑞;胡勝勇;李振;高強(qiáng);崔家慶;宋誠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N7/04
• 分類號(hào): G01N7/04;G01N7/14
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發(fā)明公開了一種高壓注水?煤?瓦斯耦合擾動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法。該裝置包括注水裝置、注氣裝置、控制臺(tái)、監(jiān)測(cè)裝置、抽真空裝置和擾動(dòng)控制裝置。實(shí)驗(yàn)方法包括以下步驟：由抽真空裝置對(duì)裝樣后的釜體進(jìn)行抽真空，通過注氣裝置注入氦氣測(cè)試釜體中煤粉的死空間，打開溫度調(diào)節(jié)控制開關(guān)和擾動(dòng)調(diào)節(jié)控制開關(guān)進(jìn)行恒溫?cái)_動(dòng)抽真空注水、注瓦斯，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行釜體中瓦斯吸附解吸速率以及流量和壓強(qiáng)的監(jiān)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法，屬于煤礦井下開采技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前市面上對(duì)于煤在采掘過程中對(duì)于鉆井機(jī)械鉆孔打眼以及采掘機(jī)械對(duì)煤在高壓和水，以及不同速度下煤層中瓦斯的擾動(dòng)沒有很好的監(jiān)測(cè)以及實(shí)驗(yàn)方案。在煤層開采過程中由于瓦斯賦存狀態(tài)的改變會(huì)給煤礦開采帶來極大的影響。其突出體現(xiàn)在煤與瓦斯突出。煤與瓦斯突出給礦井安全生產(chǎn)帶來了極大的危害，尤其是井下工人的生命財(cái)產(chǎn)安全安全。為了防止煤與瓦斯突出這類安全事故的發(fā)生，保證礦井井下安全生產(chǎn)和高效率開采，我們必須投入大量的人力、物力和技術(shù)設(shè)備來研究煤與瓦斯突出的機(jī)理。到現(xiàn)在為止，人們對(duì)于煤與瓦斯突出的研究還停留在定性的基礎(chǔ)之上，對(duì)于煤與瓦斯的檢測(cè)存在著較大的缺陷，對(duì)于煤層中瓦斯的吸附解吸狀況監(jiān)測(cè)存在著較大的空洞。

煤層中瓦斯的吸附解吸狀況與高溫高壓、含水量、鉆井掘進(jìn)速度有著較大的關(guān)系?，F(xiàn)在市場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于煤炭中瓦斯的監(jiān)測(cè)存在不足而且監(jiān)測(cè)可靠性低。在開采過程中，由于開采鉆孔和掘進(jìn)，煤層水量對(duì)煤層中瓦斯吸附解吸的影響，現(xiàn)在還沒有很好的檢測(cè)手段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置及方法，可以檢測(cè)煤粉在不同溫度、壓力、不同含水量及不同擾動(dòng)速度作用下瓦斯吸附解吸狀況，本發(fā)明實(shí)驗(yàn)裝置和方法能夠系統(tǒng)的、定量的分析高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動(dòng)下的煤粉中瓦斯的吸附解吸狀況，對(duì)研究煤粉的空隙中瓦斯賦存情況有極大的意義，且結(jié)構(gòu)簡單，易于操作。

本發(fā)明設(shè)備主要側(cè)重于模塊化設(shè)計(jì)，可以自由拆分組合不同的連接流程。

本發(fā)明提供了一種高壓注水-煤-瓦斯耦合擾動(dòng)的模擬實(shí)驗(yàn)裝置，包括注水裝置、注氣裝置、控制臺(tái)、監(jiān)測(cè)裝置、抽真空裝置和擾動(dòng)控制裝置；

注水裝置由注水閥門、注水管、注水泵組成；注水裝置通過閥門控制，將水體經(jīng)管道輸送注入釜體中，調(diào)節(jié)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(chǔ)氣罐、減壓閥和充氣管路 ；注氦氣裝置包括氦氣儲(chǔ)氣罐、減壓閥和充氣管路。本發(fā)明中注氦氣裝置用于測(cè)量釜體中煤粉的死空間；注瓦斯裝置用于附體中煤粉吸附解吸檢測(cè)；

抽真空裝置由真空泵和真空閥門組成，用于清除釜體中氣體，最大限度還原煤層開采的環(huán)境。

控制臺(tái)可以監(jiān)控釜體結(jié)構(gòu)中攪拌片攪動(dòng)速率、附體中溫度、壓強(qiáng)、水含量等。

監(jiān)測(cè)裝置包括計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)可以很清晰的顯示出不同含水量、不同速率的煤粉中瓦斯吸附解吸速率、釜體壓強(qiáng)和流量，達(dá)到定量控制。

擾動(dòng)控制裝置為高壓注瓦斯耦合擾動(dòng)吸附/解吸裝置中的擾動(dòng)控制裝置；其結(jié)構(gòu)大致可以分為攪拌裝置、釜體上蓋和釜體主體；釜體內(nèi)設(shè)有煤粉，攪拌機(jī)構(gòu)包括攪拌電機(jī)、攪拌磁極、攪拌棒和攪拌片，攪拌棒和攪拌片對(duì)釜體內(nèi)部的煤粉進(jìn)行攪拌。

上述裝置中，所述攪拌裝置，采用磁力攪拌的方式，有效避免因煤粉卡轉(zhuǎn)造成的攪拌裝置損壞；攪拌電機(jī)與攪拌裝置采用直連的方式，方便整體釜體的移動(dòng)的拆卸，也可以方便移動(dòng)到水浴當(dāng)中；攪拌轉(zhuǎn)速為50rpm-70rpm，模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的鉆井速度。

所述的攪拌片，根據(jù)需要調(diào)整更換，從而在葉片攪拌效果、剪切效果依據(jù)一定的相似性模擬現(xiàn)場(chǎng)；釜體留有充分的后期擴(kuò)展空間，可根據(jù)需要進(jìn)行后期的應(yīng)用進(jìn)行擴(kuò)展。