[发明专利]一种复合馈入式微波强化非常规天然气解吸的试验装置及试验方法

说明书

本发明公开了一种复合馈入式微波强化非常规天然气解吸的试验装置及试验方法，通过波导‑天线复合馈入式微波作用于试样，解决微波对试样辐射不均匀问题，改善微波辐射效果；该装置包括波导‑天线复合馈入式微波系统、气体吸附解吸系统；波导‑天线复合馈入式微波系统包括微波智能调节器、微波发生器、波导管、石英玻璃和微波天线；气体吸附解吸系统包括耐高压气体吸附解吸罐等。控水组件可模拟在不同含水饱和度煤岩体中非常规天然气的吸附解吸情况；耐高压气体吸附解吸罐可模拟不同压力气体在煤岩体中的吸附解吸过程；控制微波智能调节器，可模拟恒定微波功率作用下试样的气体解吸情况，也可以模拟恒定温度下试样的气体解吸情况。

技术领域

本发明涉及一种复合馈入式微波强化非常规天然气解吸的试验装置及试验方法，尤其涉及一种可控复合馈入式微波辐射和模拟试样含水的试验装置，属于非常规天然气解吸试验技术。

背景技术

预抽煤层瓦斯是矿井瓦斯灾害防治、抽采煤层瓦斯和减少矿区温室气体排放的有效方法之一。据统计，我国72％的煤矿所开采的煤层都是低渗透煤层，占瓦斯含量90％以上的吸附瓦斯在瓦斯抽采过程中难以解吸，造成了煤层瓦斯抽采率普遍偏低，使得低渗透煤层瓦斯抽采成为了煤矿瓦斯灾害防治中急需解决的技术难题。

近年来，以可控源微波辐射法等为代表的通过促进煤层瓦斯解吸与扩散来提高煤层瓦斯抽采率的物理场激励法得到了广泛关注。虽然微波技术在煤矿的磨矿、浮选、煤热解等领域已有应用；但其在煤层瓦斯强化抽采领域的应用，尚处于理论探索阶段。为了探索与研究微波辐射下含水分煤岩体的气体解吸与扩散规律，迫切需要一种微波强化煤岩体气体解吸的试验装置。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种复合馈入式微波强化非常规天然气解吸的试验装置及试验方法，是一种可以将微波高效馈入煤岩体的“波导-天线”复合馈入式微波试验装置，并能够对气体解吸过程、微波参量、温度进行自动监测控制；该装置在实现微波高效馈入煤岩体的同时，还可模拟研究微波对含水分煤岩体中气体解吸的影响，探索微波辐射下气体解吸的影响因素和规律，为非常规天然气微波激励技术的现场应用提供理论依据与技术支撑。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种复合馈入式微波强化非常规天然气解吸的试验装置，包括气体吸附解吸系统、波导-天线复合馈入式微波系统和测量控制系统；

所述气体吸附解吸系统包括耐高压气体吸附解吸罐、耐压管路、真空泵、集气瓶、注气瓶和废气收集瓶，在耐高压气体吸附解吸罐上设置有连通内腔的注水孔和进出气孔，耐压管路包括一条主管路和三条支管路，主管路的一端与进出气孔密封连接，主管路的另一端同时连通三条支管路的一端，三条支管路的另一端分别连通废气收集瓶、集气瓶和注气瓶；

在耐压管路的主管路上设置有放空阀和压力计Ⅰ，在连接废气收集瓶的支管路上设置有真空泵、真空阀和真空计和阀门Ⅲ，在连接集气瓶的支管路上设置有阀门Ⅰ、冷却罐和气体流量计，冷却罐放入冷水槽中，在连接注气瓶的支管路上设置有阀门Ⅱ和压力计Ⅱ；

所述波导-天线复合馈入式微波系统包括石英玻璃、微波天线、波导管、微波发生器和微波智能调节器，通过微波智能调节器调节微波发生器产生的微波参量，微波发生器产生的微波通过微波天线传导；石英玻璃覆盖在耐高压气体吸附解吸罐罐盖的外表面，并与耐高压气体吸附解吸罐的内腔密封连接，微波天线的一端与微波发生器连接，另一端穿过石英玻璃从耐高压气体吸附解吸罐罐盖上的天线孔伸入耐高压气体吸附解吸罐的内腔，耐高压气体吸附解吸罐的内腔、波导管和石英玻璃的轴线在同一条直线上，且所有微波天线环绕该直线均匀分布；石英玻璃可将波导管中的微波在竖直方向均匀馈入耐高压气体吸附解吸罐，同时微波天线可将微波发生器产生的微波导入试样的周向，实现试样的立体均匀辐射；