[發明專利]一種任意角度下煤炭地下氣化物理模擬實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010756430.1
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111852434A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 吳財芳;蔣秀明;房孝杰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/295
• 分類號: E21B43/295;E21B49/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 鄧道花

本發明公開一種任意角度下煤炭地下氣化物理模擬實驗裝置及方法，包括氣化爐體，氣化爐體下端設置有承壓底座、承壓底座與氣化劑管道框架連接，氣化爐體上連通有氣化劑管道，還包括旋轉承重座，旋轉承重座和氣化爐體之間通過半軸承連接，氣化爐體的一側設置樣托盤與密封艙蓋，另一側設置煤樣。有益效果是：通過可旋轉爐體裝置，待氣化煤層可實現±90°方向上的煤層傾角的調節，可模擬任意傾角煤層的氣化現象；大煤層樣品的設計使減少了樣品接觸面的接觸誤差，降低了樣品間隙的的氣體等因素對煤樣熱導率、抗壓、抗拉、彈性模量等物理力學性質對煤炭氣化過程的影響。

技術領域

本發明涉及煤炭地下氣化模擬實驗技術領域，特別是涉及煤炭地下氣化模擬實驗裝置及方法。

背景技術

實驗煤炭地下氣化是煤炭資源利用開發的一種重要方法和方向，將煤炭在地下原位情況下“點燃”，使煤炭發生氧化還原反應，產生大量的可燃性氣體運輸至地表進行利用，這是一種高效的開發升段，特別是對于埋藏較深的煤炭資源以及構造復雜不易開采的煤層。因此，對于煤炭地下氣化過程中的各種相關問題，很多學者做了大量的研究，其中對于煤炭地下氣化的地面物理模擬實驗的一種非常有效且直觀的方法能夠探究煤炭地下氣化過程中的各種現象和原因。

現在常用的煤炭地下氣化的物理模擬實驗方法和裝置大多是對于水平或者近水平煤層的物理模擬實驗，并不能夠實現對實際情況下的煤層發育情況做出更好的模擬，特別是南方大傾角煤層。因此，本發明設計了一種任意傾角煤層的煤炭地下氣化模擬實驗方法及裝置，以用來克服上述缺陷。

發明內容

本發明為克服上述缺陷，研制一種任意角度下煤炭地下氣化物理模擬實驗裝置，包括氣化爐體，氣化爐體下端設置有承壓底座、承壓底座與氣化劑管道框架連接，氣化爐體上連通有氣化劑管道，其特征在于，還包括旋轉承重座，旋轉承重座和氣化爐體之間通過半軸承連接，氣化爐體的一側設置有置樣托盤與密封艙蓋，另一側設置煤樣，氣化爐體連接設有旋轉軸承，便于氣化爐體進行旋轉，氣化爐體上部均勻分布8個氣化劑進氣孔，每個氣化劑進氣孔均有獨立的閥門用來控制氣化劑的進入。

進一步改進在于，氣化爐體一側從左至右分別設有承壓層、保溫層和耐火層，承壓層為鋼筋混凝土澆筑而成，與氣化爐體結構接觸，保溫層為多層巖棉制成的空心長方體結構，耐火層為由耐火硅材料制成。

進一步改進在于，耐火層的一側連接熱電偶與熱電偶信號線，熱電偶用來測試實驗過程中整個氣化爐體的溫度變化情況，熱電偶信號線將熱電偶的溫度信號傳送進后期的處理計算機。

進一步改進在于，穿過煤樣設有氣化產出氣管道，用來輸送氣化過程中的產出氣。

進一步改進在于，氣化爐體上分別設有角度微調控旋鈕，角度調控盤，固定裝置和角度顯示盤，所述角度微調控旋鈕用來調控整個氣化爐體的旋轉角度，所述固定裝置分布在氣化爐體兩端，用來控制角度調節后的氣化爐體，所述角度顯示盤用來顯示氣化爐體的傾角。

進一步改進在于，所述氣化劑管道為一軟管，用來向整個氣化爐體內部通入氣化劑。

進一步改進在于，所述置樣托盤設置為長8m、寬1m、厚5cm的平板型結構，由耐火硅材料制成，置樣托盤底部設有滑輪。

一種任意角度下煤炭地下氣化物理模擬實驗方法，其步驟包括，

a、制備樣品，將待氣化的煤切割成1m×1m×1m的立方體型，并且從中心鉆孔形成氣化通，從上部鉆孔至一半形成進氣通道；

b、將處理好的樣品放置在置樣托盤上，平行放置8塊立方狀樣品，緊密布置，關閉氣化爐體的密封艙蓋；

c、松開固定裝置，調整角度微調控旋鈕，觀察角度顯示盤，將整個裝置從水平方向調整至所需要的煤層傾角，固定裝置將整個裝置固定在設定角度，防止實驗過程中出現旋轉；