[发明专利]受载含瓦斯煤水气两相吸附-解吸-渗流实验系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于不同载荷、不同温度、不同含水率和水气两相介质条件下的含瓦斯煤吸附-解吸-渗流实验研究技术，是一种受载含瓦斯煤水气两相变温吸附-解吸-渗流实验系统和方法。

背景技术

煤层中瓦斯气体的吸附-解吸-渗流特性受瓦斯压力、地应力、地下水、地温、煤体结构、受力状态等诸多因素的影响，尤其是随着我国煤矿日益进入深部开采，这种多因素耦合关系表现得更加明显。以往的吸附-解吸实验系统和渗流实验系统基本上是分开来的，而且对影响因素考虑得不是很全面。

发明内容

本发明的目的是克服现有实验技术的不足，提供一种受载含瓦斯煤水气两相变温吸附-解吸-渗流实验系统和方法，通过改变不同的加载条件、加载路径和实验温度，可以实现受载含瓦斯煤在不同固气热耦合条件下的吸附解吸实验和瓦斯渗流实验、也可以实现水气两相的渗流实验和不同含水率条件下的瓦斯吸附解吸实验的系统和方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种受载含瓦斯煤水气两相变温吸附-解吸-渗流实验系统，包括压力加载部分，压力加载部分包括用于盛装恒温水浴的池体，池体内设参考罐和煤样夹持器，参考罐的进气口连接高压瓦斯输送管路，参考罐的出气口通过连接管路连接煤样夹持器的进气口，煤样夹持器的出气口连接水气分离装置。

受载含瓦斯煤水气两相变温吸附-解吸-渗流实验系统还包括煤样制作装置，煤样制作装置包括顶部设有抽气口的煤样罐，煤样罐的抽气口连接抽真空管路。

所述水气分离装置为水气分离器，水气分离器的出气口连接瓦斯计量装置,水气分离器的排液口连接液体计量装置。

所述高压瓦斯输送管路上依次设有高压瓦斯罐、第一减压阀、第一压力表和开关阀；参考罐的出气口与煤样夹持器进气口之间的连接管路上也依次设有第二压力表、开关阀、第二减压阀、第三压力表以及开关阀。

采用上述实验系统进行受载含瓦斯煤水气两相渗流实验的方法，包括如下步骤：（一）先制备受载含瓦斯煤水气两相变温吸附-解吸-渗流实验系统，（二）取一初始煤样，将初始煤样放入煤样罐内，煤样罐内装入至少没过初始煤样的水，水面低于抽气口，然后通过抽真空管路对煤样罐抽真空，将初始煤样制成含有饱和水的含水煤样，（三）从煤样罐中取出含水煤样并装入煤样夹持器，通过高压瓦斯输送管路向参考罐内输入一定压力的瓦斯气体，将池体内充满恒温水浴，将参考罐和煤样夹持器一起置于池体内设置的恒温水浴中，使参考罐中的瓦斯气体温度和含水煤样温度均达到实验温度，（四）通过煤样夹持器对含水煤样加载围压和/或轴压并稳压，（五）参考罐通过连接管路向含水煤样内部充入一定压力大小的瓦斯气体，开始进行含瓦斯煤水气两相渗流过程，（六）从含水煤样内部出来的水以及瓦斯气体通过水气分离器后，分别通过瓦斯计量装置和液体计量装置计量瓦斯流量和水流量。

在含水煤样装入煤样夹持器前，先计算出含水煤样的孔隙度。

采用上述实验系统进行受载含瓦斯煤不同含水率吸附-解吸实验的方法，其特征在于：包括如下步骤：（一）先制备受载含瓦斯煤水气两相变温吸附-解吸-渗流实验系统，（二）取一初始煤样，取一初始煤样，将初始煤样放入煤样罐内，煤样罐内装入至少没过初始煤样的水，水面低于抽气口，然后通过抽真空管路对煤样罐抽真空，将初始煤样制成含有饱和水的含水煤样，（三）将含水煤样装入煤样夹持器并对含水煤样施加一定大小的围压，再利用参考罐中的瓦斯气体通过连接管路去驱替含水煤样中的水分，然后卸掉围压，从煤样夹持器中取出含水煤样，并计算含水煤样的含水率，再次将含水煤样装入煤样夹持器，通过高压瓦斯输送管路向参考罐内输入一定压力的瓦斯气体，将池体内充满恒温水浴，这样参考罐和煤样夹持器一起置于池体内设置的恒温水浴中，使参考罐中的瓦斯气体温度和含水煤样温度均达到实验温度，（四）通过煤样夹持器对含水煤样加载围压和/或轴压并稳压，（五）参考罐通过连接管路向含水煤样内充入瓦斯气体，开始受载含瓦斯煤的吸附过程，含水煤样吸附瓦斯不小于12小时，（六）待煤样吸附平衡之后，从含水煤样内部出来的瓦斯以及蒸馏水通过水气分离器，开始进行受载含瓦斯煤的解析实验过程，瓦斯解吸量通过计量瓶来计量。