[发明专利]含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置及方法

说明书

本发明涉及含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置及方法，所述测试装置包括水合物生成单元、温度控制单元、注水单元和气瓶，水合物生成单元用于在设定条件下生成含瓦斯水合物煤体；温度控制单元用于控制反应釜内的环境温度；注水单元用于向样品管内注水；气瓶用于向样品管内提供瓦斯气体；本发明通过注水、注气及温度监控单元的设置，使反应釜中能够原位生成含瓦斯水合物煤体并稳定存在；本发明可以多次向煤样中注入不同水量进行不同饱和度水合物煤体渗透率的测量，从而进行分析，可获得含瓦斯水合物煤体在设定外界条件及生成状态下与渗透率变化的关系，用于煤与瓦斯突出的研究中，有利于降低事故率，保障安全生产。

技术领域

本发明涉及煤体渗透率测量技术领域，尤其涉及一种含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置及方法。

背景技术

煤层瓦斯渗流是影响煤层瓦斯赋存、运移、抽采以及煤与瓦斯突出的重要因素，因此煤层瓦斯渗流特性的研究对煤层瓦斯抽采及矿井瓦斯灾害治理都具有重要意义。利用瓦斯水合固化是预防和治理煤与瓦斯突出的一种重要方法。这种方法实现的关键是了解和研究煤体中生成瓦斯水合物之后，瓦斯在含瓦斯水合物煤体中的渗流变化，根据渗流特性的变化判断瓦斯水合固化是否改善和降低了煤与瓦斯突出的危险性。因此，研究瓦斯在含瓦斯水合物煤体中的渗透率十分重要。

目前，对于渗透率的测试主要使用于煤岩领域，测试煤体和岩石的渗透率。而煤岩渗透率测试装置中缺少大跨度连续变化温度的控制装置，无法满足含瓦斯水合物煤体的原位生成和稳定存在需要；同时，煤岩渗透率测试装置中缺少注水系统，因此无法满足现场生成不同饱和度含瓦斯水合物煤体，以在线监测其渗透率的需要。这使得现有的煤岩渗透率测试装置不适合含瓦斯水合物煤体渗透率的测定。

因此，针对以上不足，需要设计一种专门的实验装置，能提供含瓦斯水合物煤体生成和稳定存在的必要温度条件，并可控制生成不同饱和度的含瓦斯水合物煤体，从而在线监测其渗透率，以根据渗透率的变化分析水合固化对煤与瓦斯突出事故的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有渗透率测试装置无法提供变化的温度条件，并且不能控制生成不同饱和度的水合物煤体，从而无法监测获得水合物煤体的生成条件及状态与渗透率变化的关系的缺陷，提供一种含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置，包括：

水合物生成单元、温度控制单元、注水单元和气瓶，

水合物生成单元包括反应釜、下压头、上压头、样品管和注入管路，所述样品管用于放置煤样，反应釜下端口由下压头密封，上端口由上压头密封；下压头的下中心压杆插入样品管的下端口，上压头的上中心压杆插入样品管的上端口；注入管路经反应釜侧壁由上中心压杆中心连通样品管；下压头的轴向中心设置排出通孔；

温度控制单元用于控制反应釜内的环境温度，包括冷却恒温箱、循环管路和温度传感器，循环管路布置于反应釜内，冷却恒温箱的出口连接循环管路的入口，循环管路的出口连接冷却恒温箱的入口，温度传感器用于监测反应釜内的温度；

注水单元用于向样品管内注水，包括水箱、注入流量计、三通阀和流出流量计，水箱通过注水管路经三通阀连通注入管路；注水管路上设置注入流量计；流出流量计用于测量下压头排出通孔的水流出量；

气瓶用于向样品管内提供瓦斯气体，气瓶通过注气管路经三通阀连通注入管路；注入管路上设置进气口压力传感器，下压头排出通孔内设置出气口压力传感器；流出流量计还用于测量下压头排出通孔的瓦斯气体排出量。

在根据本发明所述的含瓦斯水合物煤体渗透率测试装置中，所述样品管为热缩管，样品管内煤样下表面与所述下中心压杆之间设置下透气钢板，煤样上表面与所述上中心压杆之间设置上透气钢板；所述样品管外表面套接橡胶圈。