[发明专利]一种高压注水-煤-瓦斯耦合扰动的模拟实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种高压注水‑煤‑瓦斯耦合扰动的模拟实验装置及方法。该装置包括注水装置、注气装置、控制台、监测装置、抽真空装置和扰动控制装置。实验方法包括以下步骤：由抽真空装置对装样后的釜体进行抽真空，通过注气装置注入氦气测试釜体中煤粉的死空间，打开温度调节控制开关和扰动调节控制开关进行恒温扰动抽真空注水、注瓦斯，由计算机进行釜体中瓦斯吸附解吸速率以及流量和压强的监测。

技术领域

本发明涉及一种高压注水-煤-瓦斯耦合扰动的模拟实验装置及方法，属于煤矿井下开采技术领域。

背景技术

目前市面上对于煤在采掘过程中对于钻井机械钻孔打眼以及采掘机械对煤在高压和水，以及不同速度下煤层中瓦斯的扰动没有很好的监测以及实验方案。在煤层开采过程中由于瓦斯赋存状态的改变会给煤矿开采带来极大的影响。其突出体现在煤与瓦斯突出。煤与瓦斯突出给矿井安全生产带来了极大的危害，尤其是井下工人的生命财产安全安全。为了防止煤与瓦斯突出这类安全事故的发生，保证矿井井下安全生产和高效率开采，我们必须投入大量的人力、物力和技术设备来研究煤与瓦斯突出的机理。到现在为止，人们对于煤与瓦斯突出的研究还停留在定性的基础之上，对于煤与瓦斯的检测存在着较大的缺陷，对于煤层中瓦斯的吸附解吸状况监测存在着较大的空洞。

煤层中瓦斯的吸附解吸状况与高温高压、含水量、钻井掘进速度有着较大的关系。现在市场和实验中，对于煤炭中瓦斯的监测存在不足而且监测可靠性低。在开采过程中，由于开采钻孔和掘进，煤层水量对煤层中瓦斯吸附解吸的影响，现在还没有很好的检测手段。

发明内容

本发明旨在提供一种高压注水-煤-瓦斯耦合扰动的模拟实验装置及方法，可以检测煤粉在不同温度、压力、不同含水量及不同扰动速度作用下瓦斯吸附解吸状况，本发明实验装置和方法能够系统的、定量的分析高压注水-煤-瓦斯耦合扰动下的煤粉中瓦斯的吸附解吸状况，对研究煤粉的空隙中瓦斯赋存情况有极大的意义，且结构简单，易于操作。

本发明设备主要侧重于模块化设计，可以自由拆分组合不同的连接流程。

本发明提供了一种高压注水-煤-瓦斯耦合扰动的模拟实验装置，包括注水装置、注气装置、控制台、监测装置、抽真空装置和扰动控制装置；

注水装置由注水阀门、注水管、注水泵组成；注水装置通过阀门控制，将水体经管道输送注入釜体中，调节釜体中煤粉的含水量；

注气装置由注气阀门、气压泵、减压阀、管路组成；注气装置分为注瓦斯装置和注氦气装置；其中注瓦斯装置包括瓦斯储气罐、减压阀和充气管路 ；注氦气装置包括氦气储气罐、减压阀和充气管路。本发明中注氦气装置用于测量釜体中煤粉的死空间；注瓦斯装置用于附体中煤粉吸附解吸检测；

抽真空装置由真空泵和真空阀门组成，用于清除釜体中气体，最大限度还原煤层开采的环境。

控制台可以监控釜体结构中搅拌片搅动速率、附体中温度、压强、水含量等。

监测装置包括计算机，计算机可以很清晰的显示出不同含水量、不同速率的煤粉中瓦斯吸附解吸速率、釜体压强和流量，达到定量控制。

扰动控制装置为高压注瓦斯耦合扰动吸附/解吸装置中的扰动控制装置；其结构大致可以分为搅拌装置、釜体上盖和釜体主体；釜体内设有煤粉，搅拌机构包括搅拌电机、搅拌磁极、搅拌棒和搅拌片，搅拌棒和搅拌片对釜体内部的煤粉进行搅拌。

上述装置中，所述搅拌装置，采用磁力搅拌的方式，有效避免因煤粉卡转造成的搅拌装置损坏；搅拌电机与搅拌装置采用直连的方式，方便整体釜体的移动的拆卸，也可以方便移动到水浴当中；搅拌转速为50rpm-70rpm，模拟现场实际的钻井速度。

所述的搅拌片，根据需要调整更换，从而在叶片搅拌效果、剪切效果依据一定的相似性模拟现场；釜体留有充分的后期扩展空间，可根据需要进行后期的应用进行扩展。