[发明专利]卸压构造煤固-流转化参数实验测定装置及方法

权利要求书

1.一种卸压构造煤固-流转化参数实验测定装置，包括煤样室、加卸压装置、气压加载设备、数据采集系统、固定支撑系统，其特征在于：所述煤样室由钢筒(1)制成，钢筒两端分别设置有底封盖(2)和顶封盖(17)，上述两个封盖通过螺栓(7)与钢筒(1)连接，底封盖(2)设置有中心孔道(6)与所述气压加载设备连接，顶封盖(17)设置有三个孔道，绕中心呈120°间隔排列，供压力传递杆(8)穿过；所述加卸压装置由压力封堵盖(3)、压力传递杆(8)、压力承台(9)、压力垫板(10)、活塞(11)和压力缸(19)组成，活塞(11)驱动压力承台(9)的作用力通过压力传递杆(8)驱使压力封堵盖(3)在钢筒(1)内运动；所述数据采集系统由镶嵌在钢筒(1)壁上和压力封堵盖(3)上的传感器(13、14)、电缆(15)、数据采集器和计算机组成；所述固定支撑系统由反力架(21)和支撑架(20)组成；

2.根据权利要求1所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，压力传递杆(8)一端与压力封堵盖(3)固定连接，另一端与压力承台(9)固定连接；

3.根据权利要求1所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，压力封堵盖(3)上设置至少两个螺栓孔道，用于镶嵌温度传感器和压力传感器，且压力封堵盖(3)侧沿设置凹槽，用于安装密封圈(4)；

4.根据权利要求1-3任一项所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，所述钢筒壁上的传感器(13、14)设置至少为两行，沿钢筒轴线方向线性排列，一排为温度传感器，另一排为压力传感器；

5.根据权利要求1-3任一项所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，底封盖在煤样室侧设置底槽用于安装泡沫金属网(5)，底封盖中心设置进气管(6)，与气压加载设备相连；

6.根据权利要求1-3任一项所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，顶封盖(17)还设置有中心孔道(16)，用于封堵盖(3)上传感器的电缆线输出；

7.根据权利要求1-3任一项所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，所述固定支撑系统的支架至少为三个，钢筒(1)安装在两个支撑架上，压力缸(19)安放在另一个支架上；

8.根据权利要求1-3任一项所述的构造煤固-流转化参数实验测定装置，其特征在于，靠近底封盖的反力架(21)立柱上设置有进气管通道(22)；

9.根据权利要求1-8所述的构造煤固流转化参数实验测定装置进行的参数测定方法，其特征在于，

(1)煤样压制，从现场构造煤层中取样经过粉碎、筛选，然后将筛选好不同粒径(目)的煤粉进行配比，并掺入适量的水分，将煤粉分段压制于钢筒内，压制后每段煤样长度与钢筒(1)直径相当；每段煤样(18)压制应保持至少5分钟，并将煤段间的压制面划碎，使煤段均匀相接；

实验时可选用不同压力压制煤样，也可压制不同的煤样长度，压力由加卸压装置提供；在煤样压制过程中，压力封堵盖(3)不安装传感器，待煤样最后压制完成，安装传感器；根据每次实验前称量压制煤样的实际质量和长度，从而计算出煤样的密度和孔隙率；

(2)充气渗流，煤样压制完成后，撤离压力封堵盖(3)，进气管(6)接通气体加压设备，气体(CH4)经泡沫金属网(5)过滤形成在钢筒横截面整体推进的压力阵面，通过计算机采样各测点压力，判断是否达到定常渗流，此时可根据钢筒上游压力、下游压力、流量、以及煤样长度等计算煤样的渗透率；接下来，进行高压瓦斯充气，形成构造煤的赋存压力条件：

达到定常渗流的煤样用压力封堵盖(3)封住，钢筒端部用顶封盖(17)封闭，活塞加压至地应力压力，保持压力不变，在压力封堵盖安装温度传感器和压力传感器；通过进气管(6)继续向钢筒中的煤样内充气，直至形成地下构造煤的瓦斯压力，关闭进气管(6)阀门；

(3)卸压-固-流转化，待钢筒内的瓦斯压力达到地下瓦斯压力时，压力缸(19)卸压，迅速移去钢垫板(10)，压力封堵盖(3)附近迅速形成卸压区，构造煤开始由固态向两相流体转化，转化形成的流体压力和温度由压力封堵盖(3)上的传感器测得，固-流转化阵面的传播速度由钢筒1壁上的压力传感器(13)和温度传感器(14)测得；

(4)数据传输和处理，压力传感器和温度传感器数据经电缆(15)，进入多通道数据采集器(A/D)，输出数字信号；计算机安装信号处理软件，对数据进行处理；通过对不同位置的压力传感器记录的初至压力的时间差，以及传感器的间隔距离，计算出传播阵面的传播速度；流体压力变化和温度变化直接由压力封堵盖(3)上的温度传感器和压力传感器读取。