[发明专利]模拟瓦斯抽采系统气体流动及参数调控的实验系统与方法

说明书

一种模拟瓦斯抽采系统气体流动及参数调控的实验系统与方法，抽采主管路尾部并排安装多支抽采支管，在抽采支管上安装手动阀门和综合测量仪Ⅱ，在抽采支管的尾部连接三通，三通的一端与单向阀相连，另一端与气源容器相连，气源容器和三通连通的管路上安装电控阀门Ⅱ；输气管路的一端与气源容器相连，另一端与电控阀门Ⅲ的一端相连，电控阀门Ⅲ的另一端与气体罐相连，变频器与抽采泵连接，变频器、综合测量仪Ⅰ、综合测量仪Ⅱ、电控阀门Ⅰ、电控阀门Ⅱ、电控阀门Ⅲ均与监控中心相连，本发明能够模拟现场煤层瓦斯抽采系统，研究井下抽采管网不同抽采区域或煤层的瓦斯抽采规律，为真实煤层参数特征下瓦斯抽采参数的有效调控策略提供了模拟平台化。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下采气管网系统，具体是一种模拟瓦斯抽采系统气体流动及参数调控的实验系统与方法，属于煤层气、煤矿瓦斯开发技术领域。

背景技术

瓦斯抽采是煤矿治理瓦斯的治本之策。煤矿瓦斯抽采浓度普遍偏低，90％的煤层瓦斯抽采浓度低于10％，低浓度瓦斯抽采还伴生煤自燃和瓦斯燃爆风险，是制约矿井安全生产的主要问题。开展瓦斯抽采管网气体的流动规律研究可以有效的指导煤矿瓦斯抽采设计和及时预警管网抽采运行中的风险，为煤矿管网安全高效抽采提供依据。大量的实验系统开展了关于钻孔漏气、钻孔间距、应力环境、渗流-温度-应力耦合物理场、注气驱替瓦斯等方面的研究，中国发明专利2018年1月5日公开的一种公开号为CN107542486A的“钻孔瓦斯抽采实验室模拟系统及方法”，其研究了钻孔壁裂隙漏气对钻孔瓦斯抽采的影响情况；中国发明专利2020年1月17日公开的一种公开号为CN110700794A的“一种多分支水平井煤层瓦斯抽采物理模拟实验系统”，其研究了煤层分支井的瓦斯抽采过程、煤储层的渗流-温度-应力耦合物理场变化规律；中国发明专利2015年3月11日公开的一种公开号为CN104407111A的“一种注气驱替煤层瓦斯物理相似模拟方法”，其研究不同种类注入气体、注气压力、注气流量对注气驱替瓦斯效果的影响；然而这些实验系统主要是针对单一煤层钻孔或局部钻孔开展的研究，模拟范围较小，没有做到对整个抽采管网系统的模拟研究，研究结果很难匹配实际矿井瓦斯抽采管网的流动规律，应用于实际工程指导受到很大限制。

随着近些年瓦斯抽采存在浓度低、人工调控难的问题，智能化成为了瓦斯抽采系统的发展趋势，中国发明专利2018年1月16日公开的一种公开号为CN105065057B的“一种矿井瓦斯抽采参数自动调控系统及方法”的现场调控装置，其原理是通过自动调节抽采泵的方式改变抽采泵运行状态参数，达到有效监测管道瓦斯抽采参数，自动调节抽采泵工作状态的效果；中国发明专利2018年11月20日公开的一种公开号为CN108843574A的“一种智能化煤矿瓦斯抽采泵站及其工作方法”，其提供了一种智能化煤矿瓦斯抽采泵站及其工作方法，运行连续可靠，能自动监测管道中和泵站周围环境中的参数变量，最终实现无人值守，但如何对现场参数进行控制，实现其提前模拟，现在还没有可靠的手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟瓦斯抽采系统气体流动及参数调控的实验系统与方法，该系统结构简单、操作方便，能够模拟现场煤层瓦斯抽采系统，模拟整个矿井井下抽采管网不同抽采区域或煤层的瓦斯抽采状况，实现最大瓦斯纯流量、最大瓦斯浓度，使得瓦斯抽采效率最大化。

为了实现上述目的，本发明提供一种模拟瓦斯抽采系统气体流动及参数调控的实验系统，包括抽采泵、抽采主管路，抽采泵与抽采主管路的一端连接，电控阀门Ⅰ和综合测量仪Ⅰ依次安装在抽采主管路上，在抽采主管路另一端的左右两侧并排安装多支抽采支管，并且在每个抽采支管上依次安装手动阀门和综合测量仪Ⅱ，在抽采支管的尾部连接三通，三通的一端与单向阀相连，另一端与气源容器相连，气源容器和三通连通的管路上安装电控阀门Ⅱ；输气管路的一端与气源容器相连，另一端与电控阀门Ⅲ的一端相连，电控阀门Ⅲ的另一端与盛放瓦斯的气体罐相连，变频器与抽采泵连接，用来控制抽采泵的抽采转速，变频器、综合测量仪Ⅰ、综合测量仪Ⅱ、电控阀门Ⅰ、电控阀门Ⅱ、电控阀门Ⅲ均通过连接线与监控中心相连。