[发明专利]深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统及实验方法

说明书

本发明公开了一种深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统，包括用于盛装煤样的煤样夹持器，煤样夹持器设置于低场核磁共振仪内，低场核磁共振仪的线圈连接有工控计算机；煤样夹持器通过连接管路连接有高温高压装置，煤样夹持器通过气体管路连接有气罐机构和真空组件，气罐机构出口处气体管路上串联有增压泵；煤样夹持器进口处的气体管路上设有第一压力表和第一阀门；气罐机构包括用于保证同时性的三通阀、瓦斯气罐组件、氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件；三通阀具有出口、第一进口和第二进口。本发明还公开了相应的实验方法。本发明能够使煤样同时接触参与实验的各种竞争性气体，完成竞争性吸附实验并提高实验的准确度。

技术领域

本发明涉及一种煤矿作业及煤样实验技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，各种检查技术和仪器设备也得到快速的发展。低场核磁共振技术凭借其精度高、检测速度快、对样品无物理损害、对操作人员的健康和环境无影响等优点也得到快速的发展并且越来越受欢迎。

煤矿下存在着多种气体，如甲烷、二氧化碳等。随着煤矿掘进深度的增加，煤矿煤层的安全开采技术难度显著增大，研究深部煤体对不同气体的吸附能力将对煤体瓦斯泄压具有重大的意义。因此研究煤对不同气体的吸附能力，进而分析各种气体间的竞争吸附关系及演化规律，最终阐明气体间的驱替效应就迫在眉睫。

如果煤样接触两种或几种竞争性的气体有先有后，则对于实验结果会造成误差，降低实验结果的准确程度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统，能够使煤样同时接触参与实验的各种竞争性气体，完成竞争性吸附实验并提高实验的准确度。

为实现上述目的，本发明的深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统包括用于盛装煤样的煤样夹持器，煤样夹持器设置于低场核磁共振仪内，低场核磁共振仪的线圈设置于煤样夹持器处，低场核磁共振仪的线圈连接有工控计算机；

煤样夹持器通过连接管路连接有用于在煤样夹持器内产生围压和高温的高温高压装置，煤样夹持器通过气体管路连接有气罐机构和用于对气体管路抽真空的真空组件，气罐机构出口处气体管路上串联有增压泵；煤样夹持器进口处的气体管路上设有第一压力表和第一阀门；

气罐机构包括用于保证同时性的三通阀、瓦斯气罐组件、氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件；三通阀具有出口、第一进口和第二进口；

瓦斯气罐组件、氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件的结构相同，均包括用于盛装对应气体的气罐，气罐的出气口连接有出气管，出气管上设有减压阀、出气阀和出气压力表，出气阀位于出气压力表和气罐之间；

瓦斯气罐组件的出气管与三通阀的第一进口相连接，三通阀的第二进口连接有出气总管，氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件的出气管均与出气总管相连通；三通阀的出口作为气罐机构的出口连接气体管路。

增压泵与煤样夹持器之间的气体管路连接有稳压管路，稳压管路连接有稳压罐；稳压管路上设有第二压力表、精密流量计和第二阀门。

气体管路通过排气管连接有排气装置，排气管路上设有排气阀；排气装置包括水槽，水槽内盛有水，水槽内设有开口向下的玻璃管，玻璃管内充满水，玻璃管的下端开口位于水槽内的水面下方；排气管的末端敞口并伸入玻璃管内；玻璃管侧壁由上至下设有用于指示体积的刻度线。

真空组件包括真空泵，真空泵的进气口连接有抽真空管路，抽真空管路与气体管路相连接；抽真空管路上设有第三阀门。

本发明还公开了使用上述深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统进行的实验方法，按以下步骤进行：

第一步骤是制备煤样，在不同的离心力条件下制备出多组煤样，每组煤样在制备时的离心力条件相同，每组煤样中的各煤样为相同煤样；不同组的煤样为不同煤样；