[發明專利]松散煤體內CO2滲透系統測定裝置及其方法

在審

• 申請號: 201711397069.2
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN107976395A
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 于志金;文虎;翟小偉;徐宇;馬礪;王偉峰
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙)61223
• 代理人: 韓曉娟

技術領域

本發明涉及CO₂滲透系統測定技術領域，特別涉及一種松散煤體內二氧化碳滲透系數測定裝置及其方法。

背景技術

自然界中，二氧化碳存在氣、液、固三種相態，隨著環境壓力和溫度的變化，二氧化碳將發生相變，并發生能量的轉移。相變過程中，由一種相態完全轉化為另一種相態的階段則為非飽和多相狀態。我國煤自燃災害嚴重，而治理的關鍵在于阻斷煤的氧化和移除熱量。現有防滅火技術中，直接利用液態二氧化碳進行煤自燃的防治，其兼具阻燃、阻爆性能的同時還具有明顯降溫效果且不損害煤質，更有利于自然發火的防治，特別是對大范圍封閉火區的治理具有良好的效果。液態二氧化碳在采空區、破碎煤柱、煤堆等松散煤體環境中釋放后，由于壓力和環境的變化，液態二氧化碳迅速發生相變，形成非飽和多相態的二氧化碳氣體，在松散煤體中滲流與運移，并伴隨著傳質傳熱過程。掌握多相二氧化碳的滲流與運移規律則是分析其傳質傳熱過程的基礎。因此對多相二氧化碳在松散媒體中的滲流與運移規律的研究是液態二氧化碳降溫滅火技術應用的關鍵。

現有測試方法及裝置中，均為測試單一氣相狀態下二氧化碳的滲流規律，沒有對不同壓力、粒徑、溫度、孔隙率多變量綜合因素下，松散煤體內多相二氧化碳滲流及運移規律的測試與研究；同時現有研究方法中，多采用計算機模擬的方法對松散煤體中單相氣體進行研究，沒有對多相氣體采取物理測試的方法。

發明內容

本發明設計了一種CO₂滲透系數測定裝置，研究了CO₂多相氣體在松散煤體介質中不同壓注壓力、煤體粒徑、空隙率條件下的滲流規律及擴散規律，同時提出了一種新的滲流系數計算方法。

本發明提供了一種松散煤體內CO₂滲透系數測定裝置，包括二氧化碳儲罐，所述二氧化碳儲罐的輸出端口設置有輸送管道，所述輸送管道上從左到右依次設置有壓力調節閥、壓力表、流量調節閥和流量計；所述流量計右端的輸送管道連接有氣室，所述氣室的右側通過銅絲網連接有測試管，所述測試管內設置有第一溫度傳感器和壓力傳感器，所述測試管的右側也通過銅絲網連接有氣室，所述氣室的右側通過輸送管道連接有出口閥門；所述氣室和測試管均設置在水浴箱中，所述水浴箱中還設置有加熱絲和溫度傳感器；所述水浴箱的上方設置有壓力變送器，所述壓力變送器的左端連接位于測試管左側的氣室，所述壓力變送器的右端連接位于測試管右側的氣室；所述壓力表、流量計壓力變送器、壓力傳感器、第一溫度傳感器、第二溫度傳感器進而加熱絲均通過導線與計算機信號連接。

較佳地，所述壓力傳感器至少有四個。

一種松散煤體內CO₂滲透系數測定方法，包括以下步驟：

(1)制備樣煤：把樣煤破碎至一定的粒度，通過擠壓填充到測試管中，得到不同的空隙度；

(2)連接實驗裝置：打開出口閥門，在出口閥門出連接抽空泵，同時關閉流量調節閥，啟動抽空泵把測試管抽真空；

(3)當抽空泵上的真空表讀數在0.5h內一直維持在-0.1MPa時開始試驗；

(4)設定水浴箱溫度：待水浴箱溫度穩定，第一溫度傳感器溫度達到預定溫度時，打開二氧化碳儲罐上的閥門；

(5)設定入口壓力：通過壓力調節閥設定輸送管道中的壓力；

(6)測定不同流量下，測試管內各壓力點變化，直至測試管內壓力達到平衡，并記錄壓力平衡時測試管內壓差；

(7)改變入口壓力；重復步驟6；

(8)改變水浴箱溫度，重復步驟5和6，同時向測試管中填入不同粒徑的煤樣，進而可以測得不同溫度、不同的空隙度CO₂滲透系數。

本發明測定裝置，可以測試不同壓力、粒徑、孔隙率、溫度多條件下的二氧化碳在松散煤體中的運移規律；在測試管內布置多個壓力傳感器，方便研究測試管內壓力逐步達到平衡過程中，以及二氧化碳在測試管內的運移規律。

附圖說明

圖1為本發明提供的一種松散煤體內CO₂滲透系數測定裝置結構示意圖；

圖2為松散煤體內CO₂滲透系數測定流程圖。

附圖標記說明：

1、二氧化碳儲罐；2、壓力調節閥；3、壓力表；4、流量調節閥；5、流量計；6、壓力變送器；7、水浴箱；8、氣室；9、銅絲網；10、測試管；11、第一溫度傳感器；12、壓力傳感器；13、出口閥門；14、計算機；15、第二溫度傳感器；16、加熱絲。

具體實施方式