[發明專利]一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統

在審

• 申請號: 201911262885.1
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111521516A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 劉思齊;馬純;邰九龍
• 申請（專利權）人: 南通市飛宇石油科技開發有限公司
• 主分類號: G01N7/04
• 分類號: G01N7/04;G01B21/32;G01M3/32
• 代理公司: 北京馳納智財知識產權代理事務所(普通合伙) 11367
• 代理人: 蔣路帆

1.一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于，包括標準室(1)、樣品室(2)、瓦斯氣罐(3)、氮氣罐(42)、真空泵(41)、增壓泵(5)、標準室集氣罐(6)、樣品室集氣罐(8)、標準室容量瓶(7)、樣品室容量瓶(9)和控制中心，所述瓦斯氣罐(3)、真空泵(41)依次通過進氣管、控制閥與標準室(1)、樣品室(2)連接，所述標準室(1)通過排氣管、開關閥與標準室集氣罐(6)連接，所述標準室(1)通過排氣管、控制閥與標準室容量瓶(7)連接，所述樣品室(2)中的樣品外部還套有熱縮管套，所述熱縮管套上設有引伸計，所述樣品室(2)通過排氣管、開關閥與樣品室集氣罐(8)連接，所述樣品室(2)通過排氣管、控制閥與樣品室容量瓶(9)連接，所述增壓泵(5)通過增壓泵閥門分別與標準室(1)、樣品室(2)連接，所述標準室(1)和所述樣品室(2)內都設有溫度控制裝置(10)和壓力傳感器(11)，所述標準容量瓶(7)和所述樣品容量瓶(9)還設有自動液位跟蹤儀，所述控制中心分別與瓦斯氣罐(3)、真空泵(41)、氮氣罐(42)、控制閥、增壓泵閥門、開關閥、自動液位跟蹤儀、溫度控制裝置(10)、壓力傳感器(11)連接。

2.根據權利要求1所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述標準室(1)進氣端還設有高精度壓力計和高精度流量計。

3.根據權利要求1所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述樣品室(2)進氣端也設有高精度壓力計和高精度流量計。

4.根據權利要求1所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述溫度控制裝置(10)包括溫度傳感器、加熱管、冷卻管，所述溫度傳感器、加熱管、冷卻管分別與控制中心連接。

5.根據權利要求1所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述樣品室(2)中的樣品外部還套有熱縮管套，熱縮管套的兩端由金屬箍固定。

6.根據權利要求5所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述熱縮管套上設有引伸計，所述引伸計與控制中心連接，所述引伸計的測控范圍為軸向0-15mm，徑向0-7mm。

7.根據權利要求6所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述引伸計的測量分辨率為軸向0.5μm，徑向0.2μm，引伸計的變形測量精度≤±0.5％。

8.根據權利要求6所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述樣品與熱縮管套之間使用卡夫特密封膠進行密封，并用金屬箍對熱縮管套兩端加固。

9.根據權利要求1所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于：所述標準室容量瓶(7)和樣品室容量瓶(9)內的液體為不溶解瓦斯氣體的油脂。

10.根據權利要求1所述的一種煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統，其特征在于，所述煤體吸附瓦斯氣體和應變測試系統的操作步驟如下：

(1)將樣品放入樣品室內，關閉樣品室，制備與樣品規格一樣的玻璃質標準件，將標準件放入標準室，關閉標準室；

(2)關閉排氣管、真空泵、增壓泵，打開氮氣罐的閥門，通入一定量的氮氣后關閉氮氣罐的閥門，待壓力傳感器的數據穩定后，每隔0.5h記錄標準室和樣品室內壓力變化，若3h內壓力傳感器無明顯變化，說明氣密性良好，若壓力傳感器變化明顯，說明氣密性較差，需重新檢查并組裝試驗裝置；

(3)若氣密性良好，則打開真空泵閥門，對標準件和樣品進行脫氣，以消除標準件和樣品吸附氮氣過多對試驗結果的影響，脫氣時間1-3h，直至壓力傳感器無明顯變化，關閉真空泵閥門；

(4)通過溫度控制裝置控制標準室內的溫度到指定溫度，保持排氣管的開關閥和控制閥關閉狀態，打開瓦斯氣罐的閥門，向標準室內充入一定量的瓦斯氣體，直到標準室內壓力傳感器的壓力達到實驗設計壓力，采集并記錄標準室進氣端的高精度壓力計和高精度流量計的數據，獲得充入瓦斯氣體的質量及系統壓力，計算系統內的自由空間體積；

(5)通過溫度控制裝置控制樣品室內的溫度到指定溫度，保持排氣管的開關閥和控制閥關閉狀態，打開瓦斯氣罐的閥門，向樣品室內充入一定量的瓦斯氣體，直到樣品室內壓力傳感器的壓力穩定達到步驟(4)中標準室內壓力，采集并記錄樣品室進氣端的高精度壓力計和高精度流量計的數據，獲得充入瓦斯氣體的質量及系統壓力，可知該壓力下樣品吸附瓦斯氣體的體積，同時采集引伸計的變形測量數據，可知該壓力下煤體樣品吸附瓦斯氣體的應變數據；

(6)保持溫度不變，依次提高步驟(4)中的實驗壓力，向標準室和樣品室分別充入瓦斯氣體，可測的瓦斯氣體在煤體樣品中的等溫吸附曲線和煤體樣品在不同壓力下的吸附應變數據；

(7)通過反復等溫吸附實驗直至達到最高設計實驗壓力值后，進行解吸實驗過程，關閉瓦斯氣罐的閥門，調整增壓泵，逐步增加增壓泵的壓力，當增壓泵的壓力大于系統內的壓力，瓦斯氣體進入標準室容量瓶和樣品室容量瓶，可通過自動液位跟蹤儀來自動采集瓦斯氣體的體積，還可通過引伸計的變形數據獲得煤體樣品解吸瓦斯氣體時的應變數據；

(8)逐步調整增壓泵，可獲得不同壓力下的煤體樣品解吸瓦斯氣體的解吸量、解吸速率和應變數據。