【CN209589750U】可控水分的含瓦斯煤体高压吸附解吸试验装置【专利】

限公司 11275 代理人 杨柳岸 (51)Int .Cl . G01N 7/04(2006 .01) ( ESM )同样的发明创造已同日申请发明专利
(10)授权公告号 CN 209589750 U (45)授权公告日 2019.11.05
( 54 )实用新型名称 可控水分的含瓦斯煤体高压吸附/解吸试验
装置 ( 57 )摘要
本实 用新型涉 及一 种可 控水分的 含瓦 斯煤 体高压吸附 /解吸 试验装置 ，属于含瓦斯煤体试 验领域。该装置包括抽真空系统、充气系统、恒温 系统和控制水分的瓦斯吸附/解吸测试系统 ；本 实 用新型的 可 控水分 测试罐 利 用饱 和无机盐溶 液保持密闭空间湿度原理 ，成功解决了由于试验 时间过长或者试验条件的改变等导致煤体中水 分发生变化的问题。本实 用新型包括抽真空系 统 、充气 系统 、恒温 系统 、控 制水分的 瓦 斯吸附 / 解吸 测试系统 ，整体结构简单 ，操作方便 ，使 用效 果明显，且成本较低。
背景技术 [0002] 瓦斯(煤层气)是煤炭生成过程中的伴生物，是腐植型有机物在成煤过程中生成并 赋存于煤层及煤系地层的 一 种天然气体 ，其主要成份是甲 烷。瓦斯是 引发煤矿生产安全事 故的重要隐患。瓦斯以游离状态和吸附状态两种形式赋存于煤层中。在煤层开采中，受到井 下采动作业的 影响 ，导致煤层瓦斯不断 释放 ，从而造成煤与瓦斯突出 、瓦斯爆炸、瓦斯窒息 等危害，其严重威胁着我国煤炭行业安全健康发展。从能源的角度来讲，瓦斯是一种一种洁 净、方便、高效的新型能源。因此，准确掌握煤层的瓦斯吸附/解吸特性是防止煤矿安全事故 发生以及煤层气高效开发利用的关键所在。 [0003] 众所周知，煤体是一种孔隙和裂隙同时存在的一种多孔介质。原始煤层的赋存环 境是由煤体、瓦斯、水分三相共存的有机系统。煤中的水主要以自由水和内在水两种形式存 在。自由水主要存在于煤体裂隙中 ，内在水主要以 多分子层物理吸附 和凝聚等方式赋存于 煤体孔隙中，孔隙越发达，内在水含量也越大。 [0004] 目前，有关水分对含瓦斯煤体吸附/解吸特征影响分析主要以实验室研究为主，关 于含水率煤样的制作主要包括以下注水法和饱和外置饱和盐溶液法。 [0005] 所述注水法。该类方法将液态水侵入煤样中，通过注入的液态水的质量来控制煤 样中的水分含量，从而完成不同含水率煤样的制作。如中国专利文献CN201010580065授权 的《外加水分对含瓦斯煤体解吸特性的测试装置及方法》。 [0006] 所述外置饱和盐溶液法。该类方法原理是利用饱和盐溶液控制试验罐中煤样水分 含量。如中国专利CN201711091105公示的《一种预吸附水分煤样的瓦斯吸附解吸特性测试 装置及其测试方法》，该专利首先将一定温度(60℃)的蒸馏水和一定量的盐(K2SO4)颗粒混 合，配置成一定温度条件下饱和溶液，然后再饱和盐溶液倒入玻璃真空皿并恢复至室温，最 终形成 相对湿度一定的 环境 ，然后将装有饱 和盐溶液的 真空皿与装有煤样的 测试罐连通 ， 让煤样吸附水分，进而获得不同含水率的测试煤样。 [0007] 综上所述，两种含水率煤样的制作方式都能准确获得试验刚开始时的煤样含水 率，但是它们都忽略了随着试验条件的改变，煤样的含水率也会发生变化。例如测试罐的中 煤样的水分随着吸附/解吸时间的增加以及吸附/解吸温度的变化而变化，尤其是高温条件 下 ，煤样中液态水分子将逐渐发生汽化 ，导致煤体瓦斯量 测试结果误差较大。因此 ，上述两 种方法无法保证在整个试验过程中煤样中的水分保持某一固定值。
所述控制水分的瓦斯吸附/解吸测试系统包括两个结构相同 ，容积大小相等的控制水 分参考罐 、控制水分 测试罐 ，第二阀门 、第三阀门 、第五阀门 、第五高压三通、高温高压湿度 计、量筒和锥形瓶 ，第三高 精度压力传感器 ；所述控 制水分参考罐放置在夹板上 ，所述控 制 水分参考罐上部连接第二阀门 ，所述第二阀门连接所述的 第二高压三通 ；所述控制水分测 试罐同 样放置在所述夹板上 ，所述控制水分 测试罐与所述第五高压三通第一气路连接 ，所 述第五高压三通第二气路与第三阀门连接，所述第三阀门与所述第三高压三通第二气路连 接 ；所述第五高压三通第三气路与高压高温湿度计连接 ，所述高压高温湿度计与所述第五 阀门连接，所述第五阀门与所述量筒连接，所述量筒与所述锥形瓶连接；
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权 利 要 求 书
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圈 ，所述第二密封圈上端安装罐体密封盖体 ，所述罐体密封盖体中部安装高压进出气口 ；所 述煤样测试腔体上部与罐体密封盖体采用螺栓连接。
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说 明 书
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可控水分的含瓦斯煤体高压吸附/解吸试验装置
技术领域 [0001] 本实用新型属于含瓦斯煤体试验领域，涉及一种可控水分的含瓦斯煤体高压吸 附/解吸试验装置。
所述充气系统包括高压氦气充气系统 和高压甲烷充气系统 ；所述的 氦气充气系统包括 高压氦气瓶、第一减压阀和第一高精度压力传感器；所述的高压氦气瓶、第一减压阀和第一 高 精度压力传感器之间依次 利 用高压管路进行连接 ，并最终达到第一高压三通 ；所述的甲 烷充气系统包括高压甲烷气瓶、减压阀和第二高精度压力传感器；所述的高压甲烷气瓶、第 二减压阀和第二高精度压力传感器之间依次利用高压管路进行连接，并最终达到第一高压 三通；所述第一高压三通第一气路连接氦气充气系统；第二气路连接甲烷充气系统；第三气 路连接第二高压三通 ；所述第二高压三通第一气路连接所述第一高压三通 ；第二气路连接 第二阀门 ，并最终通向控制水分参考罐内 ；第三气路连接第三高精度压力传感器 ；所述第三 高精度压力传感器连接第三高压三通；所述第三高压三通第一气路连接所述的第三高精度 压力传感器 ；第二气路连接第三阀门 ，并最终通向控制水分测试罐 ；第三气路连接第四高压 三通 ；所述第四高压三通第一气路与所述第三高压三通连接 ，第二气路与所述第一阀门 连 接，进入真空系统；第三气路与第四阀门连接，并最终通向大气；
所述控制水分参考罐和控制水分测试罐是两个结构相同 ，容积大小相等试验罐体；关 于所述罐体的 结构组成分析 ，以 控制水分 测试罐为 例进行分析 ；所述控 制水分 测试罐包括 底座 ，饱 和盐溶液存放腔体、限 位装置、筛网装置、煤样测试腔体、罐体密封盖体、高压进出 气口 、第一密封圈 、第二密封圈组成 ；所述控制水分 测试罐的 底部是所述底座 ，放置在所述 夹板上 ；所述底座上部设置所述饱 和盐溶液存放腔体 ；所述饱 和盐溶液存放腔体上部设置 向内凸出的限 位装置 ，所述限 位装置上方安装可拆 卸的 过滤装置 ；所述饱 和盐溶液存放腔 体上部安装第一密封圈 ；所述第一密封圈上方安装煤样测试腔体 ；所述的 饱和盐溶液存放 腔体上部 与所述煤样 测试 腔体之间 采 用螺栓连接 ；所述煤样 测试 腔体顶部安装 第二 密封
权利要求书2页 说明书6页 附图2页
Hale Waihona Puke CN 209589750 U
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权 利 要 求 书
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1 .可控水分的含瓦斯煤体高压吸附/解吸试验装置，其特征在于：包括抽真空系统、充 气系统、恒温系统和控制水分的瓦斯吸附/解吸测试系统；
所述 抽真空 系统包括真空泵、与真空泵 相连的 真空计 和真空管路 ，以 及连接所述真空 管路上的 第一阀门 ；所述真空泵上安装真空计 ；所述真空泵一侧与真空管路连接 ，所述真空 管路末端安装第一阀门 ；所述第一阀门一端与真空管路连接 ，另一端与第四高压三通连接 ；
所述恒温系统包括恒温水槽和循环水系统 ；所述恒温水槽包括槽、加热管、温度传感 器、温度调节仪和隔板组成；所述温度调节仪布置在槽体外部，通过导线与加热管和温度传 感器连接，进而控制温度；所述隔板布置在槽体的下部，用于管理分隔槽体，所述的加热管、 温度传感器均布置在隔板下方 ，所述隔板上方面安置控 制水分参照罐 和控 制水分 测试罐 ； 所述循环水 系统由 水循环泵和循环管路组成 ；所述恒温 系统中分 别包含2个水循环泵和循 环管路，分别布置在槽体两侧深部和浅部，形成均匀稳定的水浴温度；
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )实 用新型专利
(21)申请号 201920037006 .4 (22)申请日 2019 .01 .09 (73)专利权人 重庆工业职业技术学院
地址 401120 重庆市渝北区空港大道1000 号
(72)发明人 郭平 (74)专利代理机构 北京同恒源知识产权代理有