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专利号: 2018104036778
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,包括煤样夹持部分、温度采集控制部分、蒸汽冷凝回流部分、介质供入部分、集气部分、集水部分;

所述的煤样夹持部分包括煤样夹持机构(1),煤样夹持机构(1)是具有密闭容纳空腔的箱型结构,箱型结构的顶部设有介质注入管(7),介质注入管(7)的一端与煤样夹持机构(1)的密闭容纳空腔的顶部贯通连接,箱型结构的底部设有出水管(32),出水管(32)的一端与煤样夹持机构(1)的密闭容纳空腔的底部贯通连接;

所述的温度采集控制部分包括电加热保温内胆(3)、测温传感器(5)和加热温控机构(2);电加热保温内胆(3)设置在箱型结构的煤样夹持机构(1)内部、且电加热保温内胆(3)围绕煤样夹持机构(1)的密闭容纳空腔设置;测温传感器(5)的测温端贯穿箱型结构的煤样夹持机构(1)并伸入至密闭容纳空腔的内部;加热温控机构(2)包括控制器、加热控制回路、温度反馈回路,控制器分别与电加热保温内胆(3)和测温传感器(5)电连接;

所述的集水部分包括集水槽(10);

所述的蒸汽冷凝回流部分包括回流三通截止阀(6)、回流管(8)和蒸汽冷凝管(9);回流三通截止阀(6)的第一端口与介质注入管(7)的另一端连接,回流三通截止阀(6)的第二端口与回流管(8)的一端连接,回流管(8)的另一端与蒸汽冷凝管(9)的蒸汽输入端连接,蒸汽冷凝管(9)的冷凝端通过管路与集水槽(10)连接;

所述的介质供入部分包括压力指示仪(14)、介质注入三通截止阀(11)、水通量测试仪(13)、供水机构(12)、减压阀(19)和注气压力气瓶(20);介质注入三通截止阀(11)的第一端口通过压力指示仪(14)及管路与回流三通截止阀(6)的第三端口连接,介质注入三通截止阀(11)的第二端口通过水通量测试仪(13)及管路与供水机构(12)连接,介质注入三通截止阀(11)的第三端口通过减压阀(19)及管路与注气压力气瓶(20)连接;

所述的集气部分包括泄排阀门(15)、气水分离器(16)、排水阀门(17)、水体积流量记录仪(18)、集气冷凝管(22)、集气阀门(21)和集气瓶(23);泄排阀门(15)的一端与出水管(32)的另一端连接,泄排阀门(15)的另一端与气水分离器(16)的输入端连接,气水分离器(16)的水路输出端依次通过排水阀门(17)和水体积流量记录仪(18)与集水槽(10)连接,气水分离器(16)的气路输出端与集气冷凝管(22)的气路输入端连通连接,集气冷凝管(22)的冷凝输出端通过管路与排水阀门(17)和水体积流量记录仪(18)之间的管路连通连接,集气冷凝管(22)的气路输出端通过集气阀门(21)与集气瓶(23)连接。

2.根据权利要求1所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,所述的回流三通截止阀(6)和介质注入三通截止阀(11)均是电磁控制三通截止阀,所述的泄排阀门(15)、排水阀门(17)、集气阀门(21)和减压阀(19)均是电磁控制阀,所述的供水机构(12)设有电控阀门,所述的注气压力气瓶(20)设有电控阀门,所述的水通量测试仪(13)、压力指示仪(14)和水体积流量记录仪(18)均具有数据输出端口;含水煤体解堵能力测试装置还包括电控部分,电控部分包括工业控制计算机、煤样加热控制回路、注水控制回路、注气控制回路和数据计算输出回路,工业控制计算机分别与加热温控机构(2)、回流三通截止阀(6)、介质注入三通截止阀(11)、供水机构(12)的电控阀门、注气压力气瓶(20)的电控阀门、压力指示仪(14)、泄排阀门(15)、排水阀门(17)、集气阀门(21)、水通量测试仪(13)、减压阀(19)、水体积流量记录仪(18)电连接。

3.根据权利要求1或2所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,所述的煤样夹持机构(1)包括煤样套筒(24)、上封隔件(27)、上密封盖(25)、下封隔件(28)和下密封盖(26);煤样套筒(24)的内表面上下两端均设有安装内螺纹,所述的电加热保温内胆(3)围绕设置在煤样套筒(24)的外部;上封隔件(27)和下封隔件(28)是上下对称设置的阶梯轴结构,阶梯轴结构包括大径段和小径段,大径段的外径尺寸与煤样套筒(24)的内径尺寸配合、且上封隔件(27)和下封隔件(28)的大径段上下相对设置,上封隔件(27)和下封隔件(28)的大径段分别通过密封垫圈(33)与煤样套筒(24)密闭连接;上封隔件(27)上设有沿轴向方向贯穿上封隔件(27)的介质注入通道和测温通道,介质注入通道的顶端与介质注入管(7)连通连接,测温通道的顶端与测温传感器(5)固定连接;下封隔件(28)上设有沿轴向方向贯穿下封隔件(28)的出水通道,出水通道的底端与出水管(32)连通连接;上密封盖(25)和下密封盖(26)是上下对称的外螺纹套结构,外螺纹套结构的内径尺寸与阶梯轴结构的小径段的外径尺寸配合、外螺纹与煤样套筒(24)的安装内螺纹尺寸配合,外螺纹套结构套接安装在阶梯轴结构的小径段上、且外螺纹套结构通过螺纹配合安装在煤样套筒(24)上。

4.根据权利要求3所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,介质注入通道的顶端与介质注入管(7)的连接位置设有介质注入密封件(30),测温通道的顶端与测温传感器(5)的连接位置设有测温密封件(29),出水通道的底端与出水管(32)的连接位置设有出水管密封件(31)。

5.根据权利要求3所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,上封隔件(27)和下封隔件(28)的阶梯轴结构的大径段端面上设有向小径段方向凹陷的凹槽结构。

6.根据权利要求5所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,下封隔件(28)的阶梯轴结构大径段端面上的凹槽结构设置成下小上大的锥形凹槽结构。

7.根据权利要求3所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,煤样套筒(24)、上封隔件(27)和下封隔件(28)均采用耐高温的透明材质制作,煤样夹持机构(1)上对应上封隔件(27)和下封隔件(28)的位置设有观察窗。

8.根据权利要求1或2所述的含水煤体解堵能力测试装置,其特征在于,所述的蒸汽冷凝管(9)和集气冷凝管(22)是直形冷凝管。

9.一种含水煤体解堵能力测试装置的测试方法,其特征在于,具体包括以下步骤:

a.选取煤样:在待测试煤层取大块煤样,记录煤系地层温度,然后密封包装运至实验室;

b.煤芯试样制作与安装:按照煤样夹持机构(1)密闭容纳空腔的形状和尺寸制作煤芯试样(4),并将煤芯试样(4)安装至煤样夹持机构(1)的密闭容纳空腔内并进行密封;

c.煤芯试样的干燥处理:操作回流三通截止阀(6)使介质注入管(7)与回流管(8)处于连通状态,然后开启加热温控机构(2),通过测温传感器(5)的实时反馈将煤芯试样(4)缓慢加热至100℃并保温,直至蒸汽冷凝管(9)不再析出水分,然后关闭加热温控机构(2)和回流三通截止阀(6),停止加热并逐渐降温至温度恒定为止;

d.煤芯试样的注水处理:操作回流三通截止阀(6)使介质注入管(7)与压力指示仪(14)所在管路处于连通状态、操作介质注入三通截止阀(11)使压力指示仪(14)所在管路与水通量测试仪(13)所在管路处于连通状态,开启供水机构(12)向煤样夹持机构(1)内部注水、直至饱和,注水期间通过压力指示仪(14)观察注水压力,读取水通量测试仪(13)的数值并记录总注水量,然后关闭回流三通截止阀(6)和介质注入三通截止阀(11);

e.煤芯试样的自然排水处理:开启泄排阀门(15)、排水阀门(17)和集气阀门(21),煤芯试样(4)内的水在自身重力作用下经水体积流量记录仪(18)排入集水槽(10),记录重力作用下的自然排水量,直至不再排水为止,然后关闭泄排阀门(15)、排水阀门(17)和集气阀门(21);

f.煤芯试样的注气处理:重新开启加热温控机构(2),并将加热温度设定为煤芯试样(4)所在的待测试煤层的煤系地层温度,加热后保温直至温度恒定;然后开启泄排阀门(15)、排水阀门(17)和集气阀门(21),并操作回流三通截止阀(6)使介质注入管(7)与压力指示仪(14)所在管路处于连通状态、操作介质注入三通截止阀(11)使压力指示仪(14)所在管路与减压阀(19)所在管路处于连通状态,将减压阀(19)的压力设定为煤芯试样(4)所在的待测试煤层的实际煤层注气压力后开启注气压力气瓶(20)向煤样夹持机构(1)内部注气,注气期间通过压力指示仪(14)观察注气压力,观测水体积流量记录仪(18)直至气水分离器(16)和集气冷凝管(22)不再排出水为止、并记录注气排水量;

g.采样数据处理计算输出:依次关闭加热温控机构(2)、介质注入三通截止阀(11)、回流三通截止阀(6)、泄排阀门(15)、排水阀门(17)和集气阀门(21),先计算总注水量与自然排水量的差值,然后计算注气排水量与该差值的比率,以该比率作为评估煤层解堵能力的排放比指标。