[发明专利]一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置及方法

权利要求书

1.一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置，包括样品室(1)和加热保温装置(2)，其特征在于，还包括：环压跟踪泵(3)、回压缓冲容器(4)、盛液容器(5)、天平(6)、回压阀(7)，所述的样品室(1)用夹持器(1-1)夹持固定在加热保温装置(2)内，样品室(1)包括热缩管(1-2)和环形空间(1-3)，热缩管(1-2)设有进气口(1-6a)和出气口(1-6b)，与出气口(1-6b)连接的出气管路上设有压力传感器I(1-5)；所述的环压跟踪泵(3)与环形空间(1-3)连接，且连接管路上设有压力传感器II(8-1a)和双向阀I(8-2a)；所述的回压缓冲容器(4)分别与环压跟踪泵(3)和回压阀(7)连接，回压缓冲容器(4)与环压跟踪泵(3)的连接管路上设有双向阀II(8-2b)；所述的回压阀(7)的另一端与环形空间(1-3)连接且其连接管路上设有阀门II(8-3b)，盛液容器(5)和天平(6)放置在回压阀(7)的另一个支路出口处。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置，其特征是：该装置还包括若干有一定目数的孔的型煤垫片(1-4)，型煤垫片(1-4)设在热缩管(1-2)内相邻的两段煤样之间，型煤垫片(1-4)的轴线与热缩管(1-2)的轴线重合。

3.根据权利要求2所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置，其特征是：该装置还包括与大气相通的阀门I(8-3a)，该阀门设在与环形空间(1-3)连接管路的出口处。

4.根据权利要求3所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置，其特征是：该装置还包括设在回压缓冲容器(4)和回压阀(7)之间连接管路上的压力传感器III(8-1b)。

5.根据权利要求4所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置，其特征是：该装置还包括设在环形空间(1-3)和回压阀(7)之间连接管路上的压力传感器IV(8-1c)。

6.根据权利要求1所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量装置，其特征是：所述的加热保温装置为恒温空气浴。

7.一种利用权利要求1至6任一权利要求所述装置的煤岩吸附的自由膨胀体积的测量方法，其特征在于：步骤如下：

(a)将试验样品装入热缩管(1-2)，在相邻两段煤样之间加具有一定目数的型煤垫片(1-4)，用垫块将热缩管(1-2)两端密封，对热缩管(1-2)进行热缩后，再将O型圈套在热缩管(1-2)外与垫块相对应的位置上，将样品室(1)放入夹持器(1-1)中，置于加热 保温装置(2)内；

(b)用环压跟踪泵(3)对环形空间(1-3)加围压至2MPa，向样品室(1)注入高纯氦气，再对样品室(1)及管路抽真空，再向样品室(1)注入高纯试验气体，清洗管路，再抽真空，重复3-5次；

(c)关闭所有阀门，设置并调节加热保温装置(2)的温度，对样品室(1)加热，使样品室(1)的温度稳定在试验温度；

(d)待样品室(1)温度稳定，向其注入CH₄或其他试验气体，使其压力达到试验设计压力，同时，由环压跟踪泵(3)根据压力传感器I(1-5)传来的压力数据控制增加环形空间(1-3)内的围压，使环形空间(1-3)内的围压与热缩管(1-2)内压力时刻保持相同，同步上升；

(e)环形空间(1-3)内的围压上升至试验设计压力后停止加压，由环压跟踪泵(3)控制回压阀(7)的开启压力为试验设计压力，用盛液容器(5)盛装由于热缩管(1-2)内的煤样膨胀变形挤出的环形空间(1-3)内的液体，天平(6)称量在常温常压下盛液容器(5)中的液体重量；

(f)一旦热缩管(1-2)内压力下降，则继续注入CH₄或其他试验气体，使热缩管(1-2)内压力保持在试验设计压力，直至热缩管(1-2)内压力稳定在试验设计压力，试验停止；

(g)根据所排出的液体重量，换算煤的自由膨胀体积和自由膨胀系数。

8.根据权利要求7所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量方法，其特征是：所述的样品室(1)为轴向固定，其轴向与径向的长度比为20：1。

9.根据权利要求8所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量方法，其特征是：所述的试验压力为0.1MPa～25MPa，试验温度为室温～150℃。

10.根据权利要求9所述的一种煤岩吸附的自由膨胀体积的测量方法，其特征是：所述的样品室(1)在保压过程中，管路和容器密封圈无泄漏时，压力波动范围在0.05MPa以下，温度波动在0.5℃以内。