[发明专利]可控频率振动法提高煤层瓦斯采收率的实验装置及方法

权利要求书

1.可控频率振动法提高煤层瓦斯采收率的实验装置，其特征在于：包括装样系统、注气与流量监测系统以及数据收集系统；装样系统包括用于盛装煤粉（8）的刚性缸体（9）、用于向煤粉（8）施加载荷的加载机构以及用于驱动刚性缸体（9）整体以可控频率振动的振动机构，加载机构包括设置在刚性缸体（9）内腔中部位置的液压千斤顶（7），刚性缸体（9）内腔位于液压千斤顶（7）的一侧形成用于容纳煤粉（8）的装料区，液压千斤顶（7）相背于装料区的一侧设有用于推动液压千斤顶（7）沿刚性缸体（9）长度方向运动的液压推杆（6），且液压推杆（6）通过液压控制阀门（20）与液压泵（21）相连，振动机构包括固定设置在刚性缸体（9）上的振动器（10）和控制振动器（10）振动的控制器（11）；注气与流量监测系统包括气瓶（1）和通风橱（15），在气瓶（1）和刚性缸体（9）的装料区之间的连通管路上依次设有气体增压泵（2）、入口气体压力调节阀（3）、入口气体阀门（4）以及入口气体流量计（5），在通风橱（15）和刚性缸体（9）的装料区之间的连通管路上依次设有出口气体流量计（14）、出口气体阀门（13）以及出口气体压力调节阀（12）；数据收集系统包括多个固体压力传感器（19）、多个气体压力传感器（18）以及计算机（16），多个固体压力传感器（19）间隔埋设在煤粉（8）中并用于检测煤粉（8）内部应力，多个气体压力传感器（18）间隔设置在刚性缸体（9）的侧壁上并用于检测装料区位置的气体压力，计算机（16）与固体压力传感器（19）、气体压力传感器（18）、入口气体流量计（5）以及出口气体流量计（14）相连，并用于绘制对应的应力变化曲线、压力变化曲线以及气体流量曲线；

固体压力传感器（19）和气体压力传感器（18）的数量分别为三个，三个固体压力传感器（19）等距间隔埋设在煤粉（8）中，三个气体压力传感器（18）等距间隔固定在刚性缸体（9）的侧壁上；

刚性缸体（9）的装料区还连接有真空泵（17），真空泵（17）的末端与通风橱（15）相连。

2.通过权利要求1所述的可控频率振动法提高煤层瓦斯采收率的实验装置的实验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）、在刚性缸体（9）的装料区内装入煤粉（8），并在煤粉（8）中等间距的埋入三个固体压力传感器（19）；

2）、启动液压泵（21），打开液压控制阀门（20），通过液压推杆（6）推动液压千斤顶（7）对装料区中的煤粉（8）进行压实；

3）、煤粉（8）压实至实验设定的载荷后，打开气瓶（1），启动气体增压泵（2）对气瓶（1）中的气体进行增压，接着调节入口气体压力调节阀（3）以稳定入口气体压力，以恒定的气体压力向刚性缸体（9）内注入气体；启动入口气体流量计（5）监测向刚性缸体（9）内注入气体的量，入口气体流量计（5）监测到注入气体累计量保持不变时，关闭入口气体阀门（4），停止注气；停止注气之后， 静置一段时间完成注气平衡；

4）、注气平衡之后，调节出口气体压力调节阀（12）以稳定出口气体压力大小，打开出口气体阀门（13），通过出口气体流量计（14）和计算机（16）实时监测振动器（10）未向刚性缸体（9）施加振动时的气体流量变化，并在计算机（16）上绘制气体流量数据曲线；通过三个固体压力传感器（19）和计算机（16）实时监测振动器（10）未向刚性缸体（9）施加振动时气体抽采过程中煤粉（8）不同部位的应力，并在计算机（16）上绘制煤粉（8）不同部位的应力曲线；通过三个气体压力传感器（18）和计算机（16）实时监测振动器（10）未向刚性缸体（9）施加振动时气体抽采过程中煤粉（8）不同部位的气体压力，并在计算机（16）上绘制煤粉（8）不同部位的气体压力数据曲线；

5）、数据记录完成之后，重复步骤2）、3）步；

6）、再次注气平衡完成之后，调节出口气体压力调节阀（12）以稳定出口气体压力大小，打开出口气体阀门（13），通过控制器（11）控制振动器（10）对刚性缸体（9）施加振动，通过出口气体流量计（14）和计算机（16）实时监测振动器（10）向刚性缸体（9）施加振动过程中气体的流量，并在计算机（16）上绘制气体流量曲线；通过三个固体压力传感器（19）和计算机（16）实时监测振动器（10）向刚性缸体（9）施加振动时气体抽采过程中煤粉（8）不同部位的应力数据，并在计算机（16）上绘制煤粉（8）不同部位的应力数据曲线；通过三个气体压力传感器（18）和计算机（16）实时监测振动器（10）向刚性缸体（9）施加振动时气体抽采过程中煤粉（8）不同部位的气体压力，并在计算机（16）上绘制煤粉（8）不同部位的气体压力数据曲线；

7）、对比振动器（10）对刚性缸体（9）施加振动前后两次流量数据曲线，验证可控频率振动法提高煤层瓦斯抽采率的模拟效果。