[发明专利]煤层瓦斯动力作用模拟系统

说明书

技术领域

本发明属于一种煤层瓦斯动力作用物理模拟试验设备。

背景技术

由于煤中瓦斯的物质组成和赋存条件的复杂性，煤体中的瓦斯的吸附、解吸、扩散、渗流和突出的过程是一个非常复杂的过程，伴随着声、光、电、热、磁等效应；分析和利用这些效应产生的机理，探讨与解决瓦斯动力作用的防治技术问题。

目前为止，对于含瓦斯煤体的固-气耦合介质分离方法的研究还不多，关于煤与瓦斯动力作用的模拟实验研究成果还很少。在这种情况下，研究含瓦斯煤体的固-气耦合介质分离方法并研制相应的实验设备，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层瓦斯动力作用模拟系统，通过建立实验系统，可以模拟煤层样品的压实、煤层瓦斯气运移、煤与瓦斯突出以及不同压力条件下的煤的微观结构变化，为矿井瓦斯灾害防治以及勘探开发工艺研究等提供实验研究技术。

本发明的技术方案如下：

煤层瓦斯动力作用模拟系统，包括有注气系统、装样系统、压实系统和信息采集系统，其特征在于所述的装样系统，包括有布置多种信息传感器的高压缸体一端安装有卸气阀门，另一端为密封加压柱塞；所述的液压柱塞内有液压油腔，液压柱塞中间有贯穿柱塞的进气管，所述的进气管穿过另一端盖；所述的注气系统由高压气瓶、调压阀、管阀件等组成，向进气管提供瓦斯气体；所述的压实系统包括有液压泵站，向液压柱塞内的液压油腔注油，提供油压；所述的装样、压实、注气过程的数据采集由信息采集系统控制。

所述的装样系统，其特征在于所述的卸气阀门的结构为：排放口上安装有前端盖，所述的前端盖通过支座铰接有压杆及卡座，所述的压杆中间安装有螺栓，所述的螺栓顶在所述的前端盖上，卡座端部有卡钩卡在压杆端部，所述的卡座上连接有触发拉绳。

本发明系统的操作流程：

1、打开缸体端盖装样。装样的过程中，根据设计位置依次放入煤岩压力传感器，装样程序结束后，安装前端盖。

2、使用液压泵给缸体的液压活塞内液压油缸提供高压液体，推动液压活塞，对煤样品进行压实。

3、打开缸体上的温度、气压和电磁的测量孔，用电钻对压实后的煤样钻孔，安装传感器。

4、使用高压气瓶通过进气管向缸体高压煤样内注气，通过流量计测量注气量。至此，完成了含瓦斯煤体天然状态的模拟。

5、根据实验内容的不同，一是打开排气阀门，使瓦斯气体流经流量计，观测气体排出量与速度，以及瓦斯运移过程中伴生的物理现象；一是快速开启大口径端盖，观测煤与瓦斯突出动力特征及物理效应。

6、从实验开始到实验结束，计算机内软件同步运行，通过RS232串口通信对实验数据进行动态采集和显示。

本发明模拟系统可以再现煤层瓦斯运移和突出的过程，再现煤岩应力集中和应力释放的过程，以及其它相关的物理效应实验研究。

附图说明

图1为本发明系统工作原理框图。

图2为本发明缸体结构示意图。

具体实施方式

煤层瓦斯动力作用模拟系统，包括有注气系统、装样系统、压实系统和信息采集系统。装样系统包括有缸体1，缸体1为耐腐蚀、耐高压材料制作，为降低加工难度，提高工艺性，缸体1设计分为两节，内壁拉毛，以防串流，其中一节安装排放端盖2，排放端盖2上有排放口，排放端盖上安装快开式卸气阀门3，另一节装有液压柱塞4、液压缸端盖5，液压柱塞4、液压缸端盖5之间有密封机构，液压缸端盖5外有密封调节机构，以便由于密封机构磨损后可通过压紧密封圈保证密封，密封结构和液压柱塞4可以拆卸。快开式卸气阀门分别为不同的口径。

液压柱塞4内有液压油腔6，液压柱塞4中间有贯穿柱塞的进气管7，进气管7穿过液压缸端盖5。

缸体1设置有测量孔8，为4排测量孔，分别为多个气压测量孔、煤岩压力信号引出孔、温度信号引出孔和电磁信号引出孔，每个信号引出口可拆且密封。

缸体1安装于支架上，可通过蜗轮蜗杆机构实现180度手动翻转、倾角、定位。倾角可示值，锁紧定位。支架通过地脚螺丝固定到地面上。

注气系统由高压气瓶、调压阀、管阀件等组成，向进气管提供瓦斯气体。

压实系统包括有液压泵站，向液压柱塞内的液压油腔6注油，提供油压，压实煤层。

所述的装样、压实、注气过程的数据采集由信息采集系统控制。

传感器及仪表电路

装样缸体上安装气体压力表、缸内压力传感器、温度传感器、电磁传感器，测量注入缸体气体量的流量传感器，测量缸体卸放气体的流量传感器，高压气钢瓶配套的压力表，液压系统配套的压力表。

主要技术参数