CN109540733A

CN109540733A - 一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法

Info

Publication number: CN109540733A
Application number: CN201910033696.0A
Authority: CN
Inventors: 解北京; 严正; 王广宇
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-01-10
Publication date: 2019-03-29

Abstract

本发明涉及一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，属于瓦斯灾害防治领域。实验装置包括充气装置、抽真空装置、实验罐体、传感器与数据采集测量装置；吸附解吸罐由两个法兰、盲板、挡板、钢筒组成，钢筒与两个法兰焊接在一起，盲板、挡板与两个法兰通过螺栓连接在一起。本发明将整个实验装置按实验要求连接好，利用热流传感器、压力传感器、应变传感器、热电偶对煤吸附解瓦斯过程中各参数进行测量，分析煤吸附解吸瓦斯过程中热流规律变化。本发明可以进行不同煤样和不同吸附气体的吸附解吸实验，便于研究热流变化规律，为井下预测煤与瓦斯突出预测提供一种新的思路。

Description

一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，属于瓦斯灾害防治领域，具体涉及一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是我国煤矿生产中最严重的灾害之一。近年来，国内外学者对矿井瓦斯动力灾害进行了大量的实验研究和现场分析，提出了大量的预测指标预防煤与瓦斯突出，有钻屑量S、钻孔瓦斯涌出初速度q、瓦斯放散指数ΔP、煤体坚固性系数f、瓦斯压力P等接触式指标；有电磁辐射、微震、声发射、红外测温接触式指标等非接触式指标。接触性指标准率高，但周期长、各个矿井需要敏感指标试验；非接触性指标周期短、适用于性强，但准确率比接触式的低。大量现场实践，矿井瓦斯动力灾害发生过程中，大量瓦斯从煤中解吸出来时，采掘空间或煤壁附近常伴有温度变化，而温度变化本质是由于煤吸附解吸瓦斯引起的热效应。众多学者对瓦斯吸附解吸温度变化进行研究，期望通过煤体温度变化预测煤与瓦斯突出，有些基本问题如临界指标的选取、温度测定地点的选取尚未有统一，利用温度变化规律进行矿井瓦斯动力灾害预报尚未能大面积推广。前人研究只关注于温度这一标量，未研究煤吸附解吸过程引起温度变化的热流规律变化，尚不明确煤体温度变化是由环境温度变化、节流效应或吸附热效应引起的。煤吸附解吸瓦斯过程必然要伴随能量(热量)的转化，热量的变化在煤表面形成热流，煤吸附瓦斯解吸瓦斯热流规律变化是开展瓦斯灾害预测的一个重要方向。因此，设计一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置，提出测试煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化规律的方法，为井下预测煤与瓦斯突出提供一种新的思路。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，为井下预测煤与瓦斯突出预测提供一种新思路。

为了实现以上目的，研究煤与瓦斯吸附解吸过程中热流变化规律，本发明采用如下技术方案：一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，本发明的技术方案是：

一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置，包括充气装置、抽真空装置、实验罐体、传感器与数据采集测量装置。

上述的充气装置主要由高压气瓶、减压阀、阀门、压力表组成，减压阀连接高压气瓶，减压阀与阀门用通气管道连接，压力表安装在参考罐上。

上述的实验罐体由参考罐、阀门、吸附解吸罐体组成；参考罐由两个法兰、两个挡板、钢筒组成；钢筒与两个法兰焊接在一起，两个挡板与两个法兰通过螺栓连接在一起，在一个挡板上打螺纹孔，连接压力表，钢筒侧面打通气孔，连接通气管；吸附解吸罐由两个法兰、盲板、挡板、钢筒组成，钢筒与两个法兰焊接在一起，盲板、挡板与两个法兰通过螺栓连接在一起，在盲板上打三个测量孔，钢筒中间两侧分别打通气孔和测量孔，钢筒的通气孔通过通气管与参考罐连接在一起，靠近吸附解吸罐体通气管上安装阀门；测量孔配中空螺丝，用9030全透明环氧树脂AB胶密封中空螺丝。

上述的抽真空装置由真空泵、阀门组成；真空泵、阀门用通气管连接在参考罐与吸附解吸罐之间的通气管上。

上述的传感器与数据采集装置由热流传感器、压力传感器、应变传感器、热电偶、电荷放大器和数据记录仪组成，热流传感器、压力传感器、热电偶通过盲板上的测量孔测煤样各参数，应变传感器通过钢筒测量孔测参数，方便测量轴向应变，对测量孔用密封胶进行密封，传感器与电荷放大器、数据记录仪通过导线相连。

一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，包括以下步骤：

Ⅰ、按照实验要求，连接实验设备，参考罐、吸附解吸罐密封连接，在整个装置连接好后，检测参考罐与吸附解吸罐的密封性；

Ⅱ、将标准原煤样或型煤样放在吸附解吸罐中，在煤样表面贴好热流传感器、应变传感器和热电偶，安装好压力传感器，传感器与电荷放大器、数据记录仪通过导线相连；在开始实验之前，保证环境温度22℃稳定；

III、打开电荷放大器、数据记录仪，开始记录储存实验数据，对系统进行脱气处理，开启真空泵，依次打开参考罐与真空泵之间阀门、参考罐与煤样瓦斯吸附罐之间的阀门，脱气开始，脱气时间根据实验所需真空度而定；

Ⅳ、在抽真空脱气处理完成时，依次关闭参考罐与煤样瓦斯吸附解吸罐间的阀门、参考罐与真空泵间阀门；

V、对煤样罐进行充气，打开气瓶阀门，再打开参考罐和气瓶间、参考罐和煤样瓦斯吸附罐间的阀门，保证精密压力表经过预热后，打开减压阀，缓慢平稳的将气体充入，直至精密压力表显示读数达到实验要求压力，然后关闭减压阀，再关闭气瓶和参考罐间的阀门，最后关闭气瓶，到此时充气过程结束，之后便是静置吸附过程，吸附时间根据吸附煤样而定，吸附平衡后，进行下一步操作；

Ⅵ、罐体内压力不再变化时，即达到吸附平衡状态，开始解吸，卸下参考罐与煤样瓦斯吸附解吸罐间的阀门，吸附解吸罐内吸附气体直接排至大气进行解吸；

Ⅶ、上述步骤中，可以进行不同煤样和不同吸附气体的吸附解吸实验，利用热流传感器、压力传感器、应变传感器、热电偶对煤样吸附解吸气体过程中各参数进行测量，研究煤样吸附解吸气体过程中热流规律变化。

附图说明

图1为实验系统图；

图2为吸附解吸罐立体图；

图3为参考罐立体图；

图中1-高压气瓶、2-减压阀、3-阀门、4-压力表、5-参考罐、6-吸附解吸罐、7-真空泵、8-热流传感器、9-应变传感器、10-热电偶、11-压力传感器、12-电荷放大器、13-数据记录仪、14-盲板、15-法兰、16-挡板、17-钢筒、18-通气孔、19-测量孔、20-连接孔、21-螺纹孔。

具体实施方式

以下结合附图和实施案例对本发明做进一步说明。

一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置，由充气装置、抽真空装置、实验罐体、传感器与数据采集测量装置几部分组成。

其中，吸附解吸罐6由盲板14、法兰15、挡板16、钢筒17、通气孔18、测量孔19、连接孔20组成；其中盲板14厚15mm，直径185mm；距离盲板14中心20mm为圆心，在三个对称方向上打3个直径为6mm贯穿孔，盲板14一侧面贯穿孔扩深为10mm的M10*1.5测量孔19，测量孔19配M10*1.5中空螺丝，用9030全透明环氧树脂AB胶密封中空螺丝；在盲板14边缘20mm处对称打4个直径为18mm的连接孔20；在盲板14另一侧面开直径为100mm的O型圈槽，O型圈槽内镶嵌橡胶密封圈；两个法兰15厚15mm，外直径185mm，内直径75mm，在法兰15边缘20mm处对称打4个直径为18mm的连接孔20；挡板16厚15mm，直径185mm，内直径75mm，在挡板16边缘20mm处对称打4个直径为18mm的连接孔20，在挡板16另一侧面开直径为100mm的O型圈槽，O型圈槽内镶嵌橡胶密封圈；钢筒17外径90mm，内径75mm，厚度12mm，长度120mm，在钢筒4两侧中心打直径6mm贯穿孔，在外壁一侧贯穿孔扩深为10mm的M10*1.5测量孔19，在外壁另一侧贯穿孔扩深为10mm的M10*1.0通气孔18，配同轴母头转母头转换接头，接头连接通气管道。钢筒17与两个法兰15焊接在一起；盲板14、挡板16通过连接孔20用螺栓与法兰15连接。参考罐由法兰15、挡板16、钢筒17、通气孔18、连接孔20、螺纹孔21组成；在钢筒18侧面中心打通气孔18，在一个挡板16中心打通气孔18，离通气孔20mm的地方，打直径为10mm的M10*1.0螺纹孔，连接压力表。

Ⅰ、按照实验要求，连接实验设备，参考罐5、吸附解吸罐6密封连接，在整个装置连接好后，检测参考罐5与吸附解吸罐6的密封性；

Ⅱ、将标准原煤样或型煤样放在吸附解吸罐6中，在煤样表面贴好热流传感器8、应变传感器9和热电偶10，安装好压力传感器11，传感器与电荷放大器12、数据记录仪13通过导线相连；在开始实验之前，保证环境温度22℃稳定；

III、打开电荷放大器12、数据记录仪13，开始记录储存实验数据，对系统进行脱气处理，开启真空泵7，依次打开参考罐5与真空泵7间阀门3、参考罐5与吸附解吸罐6间的阀门3，脱气开始，脱气时间根据实验所需真空度而定；

Ⅳ、在抽真空脱气处理完成时，依次关闭参考罐5与吸附解吸罐6间的阀门3、参考罐3与真空泵7间阀门3；

V、对煤样罐进行充气，打开高压气瓶1，再打开参考罐5和高压气瓶1间、参考罐5和吸附解吸罐6间的阀门3，保证压力表4经过预热后，打开减压阀2，缓慢平稳的将气体充入，直至压力表4显示读数达到实验要求压力，然后关闭减压阀2，再关闭高压气瓶1和参考罐5间的阀门3，最后关闭高压气瓶1，到此时充气过程结束，之后便是静置吸附过程，吸附时间根据吸附煤样而定，吸附平衡后，进行下一步操作；

Ⅵ、罐体内压力不再变化时，即达到吸附平衡状态，开始解吸，卸下参考罐5与吸附解吸罐6间的阀门3，吸附解吸罐6内的气体直接排至大气进行解吸；

Ⅶ、上述步骤中，可以进行不同煤样和不同吸附气体的吸附解吸实验，利用热流传感器8、应变传感器9、热电偶10、压力传感器11对煤样吸附解吸气体过程中各参数进行测量，研究煤吸附解吸气体过程中热流变化规律。

Claims

1.一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，包括充气装置、抽真空装置、实验罐体、传感器与数据采集测量装置。

2.根据权利要求1所述的一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置的实验罐体，其特征在于：吸附解吸罐由盲板、法兰、挡板、钢筒、测量孔、通气孔构成，两个法兰与钢筒焊接在一起，盲板、挡板通过连接孔用螺栓与两个法兰紧密连接，测量孔内垫密封橡胶圈连接中空螺栓，传感器穿过中空螺栓测量参数，用9030全透明环氧树脂AB胶密封中空螺丝。

3.根据权利要求1所述的一种煤吸附解吸瓦斯过程中热流变化测试实验装置及方法，其特征在于包括如下步骤：

Ⅳ、在抽真空脱气处理完成时，依次关闭参考罐与煤样瓦斯吸附解吸罐之间的阀门、参考罐与真空泵之间阀门；

Ⅵ、罐体内压力不再变化时，即达到吸附平衡状态，开始解吸，卸下参考罐与煤样瓦斯吸附解吸罐间的阀门，吸附解吸罐内直接排至大气进行解吸；

Ⅶ、上述步骤中，可以进行不同煤样和不同吸附气体的吸附解吸实验，利用热流传感器、压力传感器、应变传感器、热电偶对煤样吸附解吸气体过程中各参数进行测量，研究煤样吸附解吸气体过程中热流变化规律。