[發(fā)明專利]模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)測試裝置和方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011151791.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN112345580A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王兆豐;陳善文;張康佳;孫峰;王俏;孫子峰;董家昕;蘇龍;范道鵬;馬興瑩;孫永鑫;梁景年
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤華晉集團(tuán)有限公司;河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N25/20
• 分類號(hào): G01N25/20;G01N7/02
• 代理公司: 鄭州銘晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 41134
• 代理人: 張鵬

1.一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：包括驅(qū)動(dòng)裝置（1）、雙輪盤傳動(dòng)裝置（3）和模擬取芯裝置；

所述雙輪盤傳動(dòng)裝置（3）包括2個(gè)共軸設(shè)置的主動(dòng)輪盤（301）和2個(gè)共軸設(shè)置的從動(dòng)輪盤（302），所述驅(qū)動(dòng)裝置（1）通過聯(lián)軸器（2）與主動(dòng)輪盤（301）的轉(zhuǎn)動(dòng)軸連接，所述從動(dòng)輪盤（302）中心設(shè)置有通孔；

所述模擬取芯裝置包括加熱裝置（4），取芯鉆頭（5），與取芯鉆頭（5）共軸設(shè)置的取芯管（7），2個(gè)軸承座（6），所述加熱裝置（4）可對(duì)取芯鉆頭（5）進(jìn)行加熱，所述取芯管（7）兩頭分別穿過從動(dòng)輪盤（302）中心的通孔設(shè)置在2個(gè)軸承座（6）上，可通過限位裝置固定在軸承座（6）上，所述從動(dòng)輪盤（302）通過軸承滑動(dòng)設(shè)置在軸承座（6）上，所述取芯管（7）與取芯鉆頭（5）同軸設(shè)置，所述雙從動(dòng)輪盤（302）之間上軸對(duì)稱設(shè)置有轉(zhuǎn)桿（8），所述轉(zhuǎn)桿（8）上等距設(shè)置有若干螺孔，螺孔中均設(shè)置有帶螺紋的壓力桿（9），所述螺紋與螺孔相配合，所述壓力桿（9）上設(shè)置有緊固螺帽（10），所述壓力桿（9）末端活動(dòng)設(shè)置有摩擦塊（11）；所述取芯管（7）兩端設(shè)有密封，管壁上設(shè)置有若干深孔，深孔中設(shè)置溫度傳感器（701），一端設(shè)置有通氣管（12）和插入取芯管（7）內(nèi)部的溫度傳感器（702），所述壓力桿（9）上設(shè)置有壓力傳感器（13）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：所述主動(dòng)輪盤（301）和從動(dòng)輪盤（302）通過盤周設(shè)置的輪齒嚙合傳動(dòng)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：所述主動(dòng)輪盤（301）和從動(dòng)輪盤（302）通過皮帶（303）傳動(dòng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：所述加熱裝置（4）為可調(diào)溫加熱爐或中頻電爐加熱線圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：所述摩擦塊（11）上與取芯管（7）的接觸部位設(shè)置有摩擦片，所述摩擦片與取芯管（7）形狀相配合。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：所述摩擦片的表面為光滑接觸面。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，其特征在于：所述摩擦片的表面設(shè)置有點(diǎn)狀或塊狀突起。

8.一種包括權(quán)利要求1～7中任一所述模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置的測試裝置，其特征在于：所述測試裝置還包括數(shù)據(jù)采集裝置（15）、通過三通管件和管線與所述模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置的通氣管（12）連接的充氣定量系統(tǒng)和真空脫氣系統(tǒng)，所述充氣定量系統(tǒng)和三通管件之間設(shè)置有閥門（22），所述真空脫氣系統(tǒng)和三通管件之間設(shè)置有閥門（26），所述通氣管（12）和三通管件之間依次設(shè)置有壓力傳感器（24）、閥門（23）、解吸儀（25），所述解吸儀（25）通過閥門（29）連通管線；

所述充氣定量系統(tǒng)由管線順序連接的高壓甲烷氣瓶（16）、閥門（17）、壓力表（18）、閥門（19）、充氣罐（20）和連接閥門（22）的管線，所述管線上設(shè)置有壓力表（21）；

所述真空脫氣系統(tǒng)包括真空泵（28）、連接真空泵（28）與閥門（26）的真空管線和設(shè)置在真空管線上的真空計(jì)（27）；

所述數(shù)據(jù)采集裝置（15）分別數(shù)據(jù)連接加熱裝置（4）的控制器、壓力傳感器（13）、壓力傳感器（24）、溫度傳感器（701）和溫度傳感器（702）。

9.一種利用權(quán)利要求7所述測試裝置的測試方法，其特征在于，包括以下步驟：

Step1.制備煤樣：將所取原始煤樣用粉碎機(jī)粉碎，篩選0.17～0.25mm的煤樣，添加適量蒸餾水?dāng)嚢瑁瑢⒓铀旌暇鶆虻拿簶友b入自制的模具中，放在壓力加載機(jī)上，施加60kN壓力，壓制30min，制成的型煤即為所需煤樣；

Step2.調(diào)試：打開數(shù)據(jù)采集裝置（15）并進(jìn)行調(diào)試，確定壓力傳感器（13）、壓力傳感器（24）、溫度傳感器（701）和溫度傳感器（702）處于正常狀態(tài)；

Step3.檢查裝置氣密性：為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)開始前必須對(duì)設(shè)備氣密性進(jìn)行檢查；對(duì)取芯管（7）充氣后保持24h，觀察取芯管（7）內(nèi)壓力是否變化，若無變化，進(jìn)行后續(xù)操作；若發(fā)生變化，對(duì)各個(gè)部位進(jìn)行檢測，采取措施進(jìn)行密封并按上述步驟重新進(jìn)行檢測；

Step4.煤樣真空脫氣：打開真空泵（28），對(duì)煤樣進(jìn)行真空脫氣，直至真空計(jì)（27）顯示值為10Pa以下時(shí)進(jìn)行后續(xù)操作；

Step5.充氣吸附平衡：關(guān)閉閥門（26）后，打開閥門（17）、閥門（19）、閥門（22）、閥門（23），使充氣罐（20）達(dá)到一定壓力，并將取芯管（7）放置于室溫中，對(duì)充氣罐（20）壓力進(jìn)行監(jiān)測；當(dāng)取芯管（7）內(nèi)壓力保持12h不變時(shí)，認(rèn)為煤樣達(dá)到吸附平衡，進(jìn)行后續(xù)操作；

Step6.模擬解吸：

操作模擬含瓦斯煤取芯過程中熱效應(yīng)裝置，通過調(diào)整壓力桿（9）調(diào)整摩擦塊（11）對(duì)取芯管（7）管壁施加的壓力，通過加熱裝置（4）對(duì)取芯鉆頭（5）進(jìn)行加熱，打開驅(qū)動(dòng)裝置（1）帶動(dòng)摩擦塊（11）轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)取芯管（7）管壁進(jìn)行摩擦，控制取芯鉆頭（5）向取芯管（7）中的煤樣鉆進(jìn)，打開閥門（29），監(jiān)測取芯管（7）、煤芯的溫度變化、取芯管（7）內(nèi)壓力變化；

Step7.數(shù)據(jù)記錄：在變溫過程中，由解吸儀（25）自動(dòng)收集解吸氣體并每隔15s讀取一次數(shù)據(jù)，共記錄60min。