[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

说明书

本发明涉及相似模拟实验方法，具体涉及一种煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置及方法，包括煤样罐、高压氮气瓶、输送管和瓦斯压力传感器，煤样罐包括罐体、密封盖、进气口、出气口和模拟钻孔管道，模拟钻孔管道竖向设于所述罐体内中心，且其底部与罐体内底面固接，其顶部穿过并外露于所述密封盖；模拟钻孔管道表面开设有多个模拟钻孔；高压氮气瓶通过输送管与所述煤样罐的进气口连接，瓦斯压力传感器与所述煤样罐的出气口连接。该煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置及方法，结构简单，验证了气室体积越小、压力平衡时间越快这一假想，操作过程简便、验证时间短、实验结果可靠，能够解决煤矿井下实验周期长、成果难以直观体现等问题。

技术领域

本发明涉及一种相似模拟实验方法，具体涉及一种煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置及方法。

背景技术

瓦斯是煤化作用的产物，由于范得华力的存在使煤中的瓦斯气体以分子的形式吸附于煤体表面之上。煤中所含的瓦斯分为吸附瓦斯、游离瓦斯、以及微量的溶解瓦斯。瓦斯压力是游离瓦斯发生运动的产物，在煤层没有受到采动或者其他作用的情况下，游离瓦斯存在于煤体中较大的孔隙和裂隙当中，且与吸附瓦斯处于动态平衡状态。当煤层受到采掘、抽采以及人为卸压的情况下，吸附解吸状态重新与井下大气压力达到平衡状态，直接法测定瓦斯压力利用的正是这一过程。瓦斯压力、游离瓦斯含量和吸附瓦斯含量之间具有一定的内在联系。

在井下利用直接法测定瓦斯压力时，会有如下物理现象发生：钻孔未封孔时，整个钻孔内的瓦斯解吸扩散量会远大于封孔后孔底测压气室中瓦斯解吸扩散量，但是孔底测压气室内的瓦斯浓度值在封孔后达到峰值的时间会远快于钻孔未封孔达到峰值的时间。目前针对根据该现象，有关人员提出关于瓦斯压力平衡时间与测压气室体积的理想性假设，即测压气室体积越小，瓦斯压力平衡时间越短。但是，采用煤矿井打钻现场实测不仅工程量大，而且受各种实际条件的影响使得所测压力不准，难以达到验证效果。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供一种煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置及方法。

第一方面，本发明提供了一种煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置，包括煤样罐、高压氮气瓶、输送管和瓦斯压力传感器，所述煤样罐包括罐体、密封盖、进气口、出气口和模拟钻孔管道，所述密封盖设于所述罐体开口顶部，所述进气口开设于所述密封盖，所述模拟钻孔管道竖向设于所述罐体内中心，且其底部与罐体内底面固接，其顶部穿过并外露于所述密封盖；所述模拟钻孔管道表面开设有多个模拟钻孔；所述高压氮气瓶通过输送管与所述煤样罐的进气口连接，所述瓦斯压力传感器与所述煤样罐的出气口连接。

进一步地，所述罐体为桶状，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。

优选地，所述进气孔的孔径为5mm-10mm。

优选地，所述模拟钻孔的直径为2cm。

所述模拟钻孔管道位于所述罐体内的长度为35cm。

本发明另一方面提供了一种采用上述的煤层瓦斯压力测定相似模拟实验装置的方法，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；

(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。

优选地，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；