[发明专利]一种煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置及方法

权利要求书

1.一种煤层瓦斯压力测定相似模拟方法，其特征在于，所述方法采用煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置，所述煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置包括：煤样罐(3)、高压氮气瓶(1)、输送管(2)和瓦斯压力传感器(4)，所述煤样罐(3)包括罐体(3.1)、密封盖(3.2)、进气口(3.3)、出气口(3.4)和模拟钻孔管道(5)，所述密封盖(3.2)设于所述罐体(3.1)开口顶部，所述进气口(3.3)开设于所述密封盖(3.2)，所述模拟钻孔管道(5)竖向设于所述罐体(3.1)内中心，且其底部与罐体(3.1)内底面固接，其顶部穿过并外露于所述密封盖(3.2)；所述模拟钻孔管道(5)表面开设有多个模拟钻孔(5.1)；所述高压氮气瓶(1)通过输送管(2)与所述煤样罐(3)的进气口(3.3)连接，所述瓦斯压力传感器(4)与所述煤样罐(3)的出气口(3.4)连接；

所述方法包括如下步骤：

(1)连接并调试各仪器并保证各仪器设备良好运行以及煤样罐气密性；

(2)模拟初始相似状态使得煤样罐中的气体压力始终保持稳定的压力值，且气体进入测压气室符合煤层瓦斯的解吸涌出扩散规律；

(3)空罐模拟压力测试，煤样罐内未装煤条件下，实验过程中记录数据，分别获得多组气体压力值的平衡时间与测压气室体积的关系，具体步骤为：

1)将煤样罐的气体从进气口缓慢放出，所有气体放出后，罐内气体压力状态与大气压力相同，为0MPa；

2)进行三组压力值的实验，分别是0.1MPa、0.3MPa和0.5MPa，多次进行完全充气放气实验，记录每一次向煤样罐内充气达到目标压力值时需要用的时间，最后求平均值，得到所需时间；

3)将瓦斯压力传感器从煤样罐的模拟钻孔管道顶部拆下，用堵头堵上模拟钻孔管道顶部的出口，按照步骤2)得到平均充气时间进行充气，充气完毕后，拆下堵头，将压力传感器迅速地拧紧在模拟钻孔上，记录观察传感器达到各压力值所用的时间；改变模拟钻孔测压气室的体积，按照该步骤的上述方法测试不同测压气室体积下达到各压力值所需要的时间；

所述步骤(3)空罐模拟压力测试的步骤3)中改变模拟钻孔测压气室体积的方法为：将点燃蜡烛流出的蜡油滴入钻孔，后将凝固的蜡油中穿一个小洞通气；位于煤样罐内的模拟钻孔管道的长度分别为30cm、20cm、10cm、5cm、2cm、1cm，对应的测压气室体积分别为94.2cm³、62.8cm³、31.4cm³、15.7cm³、6.28cm³、3.14cm³，每个测压气室体积进行五次模拟测压；

4)根据以上步骤获得的数据绘制气体压力平衡时间与测压气室体积的关系图，并分析后获得气体压力平衡时间与测压气室体积的关系；

(4)装煤样模拟压力测试，煤样罐内装满煤的条件下，实验过程中记录数据，分别获得多组气体压力值的平衡时间与测压气室体积的关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述罐体(3.1)为桶状，且其外壁上相对的两侧连接有拉手；所述密封盖为圆形，其上设有拉环。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模拟钻孔管道(5)位于所述罐体内的长度为35cm。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括煤样罐密封性测试，具体为：

将仪器设备连接，煤样罐内无需装入煤样；

将肥皂水涂覆在煤样罐的进气口、出气口以及罐体与密封盖的连接处；

将瓦斯压力传感器与出气口连接，打开高压氮气瓶向煤样罐内充气，使得注气压力达到一定值；

观察各易漏气部位，若无气泡产生以及瓦斯压力传感器显示读数与高压氮气瓶充气压力相同，则说明煤样罐气密性良好。