专利名称：外液侵入条件下水锁实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水锁实验装置。
背景技术：
随着国内外对瓦斯灾害防治技术研究的不断深入，瓦斯抽放被认为是防止工作面瓦斯超限的有效手段。对于正在回采的工作面而言，对预采煤体进行瓦斯抽放需要有一定的时间作保证，抽放时间过短其效果无法得到保证，而抽放时间过长又会影响工作面回采的正常进行，因此，如何解决抽放与回采之间在时间上存在的相互制约的矛盾问题，成为矿井生产急需解决的一个实际问题。众所周知，工作面瓦斯超限是由于从煤体涌出的瓦斯利用正常通风无法及时外排，从而引起空气中瓦斯浓度过高而引起的，因此防止工作面瓦斯超限应从两个方面出发， 一是加大通风量，二是降低单位时间内从煤体涌出的瓦斯量。受工作面风速的限制，工作面风量不能无限制地加大，因此如何降低单位时间内从煤体涌出的瓦斯量成为解决问题的关键，预达到此目的，有两种途径可供选择，一是依托瓦斯抽采技术，降低煤体内的瓦斯含量和瓦斯压力；二是依托水锁技术，对瓦斯涌出的通道进行封堵，以降低单位时间内瓦斯的涌出量，延缓瓦斯涌出速度[1]。在单纯采用第一种途径时，由于抽放与回采在时间上存在相互制约的矛盾，此时将抽放技术与水锁技术联合应用则成为一种理想的途径。在瓦斯抽放后再利用水锁来防止工作面瓦斯超限，其效果的好坏与抽放后煤体内瓦斯的终点压力、注入液体的类型(纯水或某种溶液)、液体浓度等许多因素有关，而这些关系的探索均需要借助专用的仪器来进行实验测试，正是基于以上想法，笔者就其实验装置首次进行了研发设计，以求为工作面瓦斯超限的防治途径的研究提供帮助。目前在矿山领域，利用水锁防止工作面瓦斯超限尚属一个新方向，更无专用的实验仪器设备。

实用新型内容本实用新型的目的是提供一种外液侵入条件下水锁实验装置，以解决目前无专用的水锁防止工作面瓦斯超限实验仪器的问题。本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是所述实验装置包括真空泵、 高压连接软管、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、第五控制阀、参考缸、样品缸、气瓶和管路，所述实验装置还包括第一压力表、第二压力表、内置外液联动装置和压差计，真空泵与高压连接软管的左端口连通，高压连接软管分别与参考缸和样品缸连通，内置外液联动装置设置在样品缸内，高压连接软管上设有第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，第一控制阀位于真空泵和第一压力表之间，第二控制阀位于第一压力表和第二压力表之间，第三控制阀位于第二控制阀和第二压力表之间，第四控制阀位于第二压力表与高压连接软管的右端口之间，高压连接软管的右端口与压差计连通，管路上设有第五控制阀，气瓶通过管路与高压连接软管连通，且管路的出口端位于第二控制阀和第三
3控制阀之间，参考缸上设有用于测量参考缸内压力的第一压力表，样品缸上设有用于测量样品缸内压力的第二压力表，内置外液联动装置由装液缸、均布分散器、至少一个钢球、壳体和煤样瓶构成，煤样瓶设在壳体内的底部，均布分散器设在煤样瓶的上部且均布分散器固接在壳体内，装液缸设在均布分散器上且装液缸与壳体固接，装液缸的底部设有至少一个出液口，至少一个出液口上设有钢球，钢球的数量与出液口的数量一致。本实用新型具有以下有益效果本实用新型模拟出含瓦斯煤所处的原始环境、外液侵入的条件下，能够满足水锁实验所需的条件要求。本实用新型可以依据实验需要来调整装置的结构，进行其它不同类别的实验，具体包括常规瓦斯吸附解吸实验、带压解吸实验、常压条件下的瓦斯解吸实验、外液侵入条件下瓦斯解吸实验、液置气实验。本实用新型不仅能够为瓦斯灾害防治领域的基础实验研究提供必备条件，而且还对促进我国瓦斯资源开采研究具有一定的积极作用。

图1是本实用新型的整体结构示意图，图2是内置外液联动装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式
一结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的所述实验装置包括真空泵1、高压连接软管2、第一控制阀3、第二控制阀4、第三控制阀5、第四控制阀6、第五控制阀7、参考缸10、样品缸11、气瓶13和管路14，所述实验装置还包括第一压力表8、第二压力表9、内置外液联动装置12和压差计15，真空泵1与高压连接软管2的左端口连通， 高压连接软管2分别与参考缸10和样品缸11连通，内置外液联动装置12设置在样品缸11 内，高压连接软管2上设有第一控制阀3、第二控制阀4、第三控制阀5和第四控制阀6，第一控制阀3位于真空泵1和第一压力表8之间，第二控制阀4位于第一压力表8和第二压力表9之间，第三控制阀5位于第二控制阀4和第二压力表9之间，第四控制阀6位于第二压力表9与高压连接软管2的右端口之间，高压连接软管2的右端口与压差计15连通，管路14上设有第五控制阀7，气瓶13通过管路14与高压连接软管2连通，且管路14的出口端位于第二控制阀4和第三控制阀5之间，参考缸10上设有用于测量参考缸10内压力的第一压力表8，样品缸11上设有用于测量样品缸11内压力的第二压力表9，内置外液联动装置12由装液缸12-1、均布分散器12-2、至少一个钢球12-3、壳体12_4和煤样瓶12_5构成，煤样瓶12-5设在壳体12-4内的底部，均布分散器12-2设在煤样瓶12_5的上部且均布分散器12-2固接在壳体12-4内，装液缸12-1设在均布分散器12_2上且装液缸12_1与壳体12-4固接，装液缸12-1的底部设有至少一个出液口 12-6，至少一个出液口 12_6上设有钢球12-3，钢球12-3的数量与出液口 12-6的数量一致。
具体实施方式
二 结合图1说明本实施方式，本实施方式的均布分散器12-2的底部均布设有一组分散孔12-7，此结构可将外液均勻洒出。其他组成及连接关系与具体实施方式
一相同。工作原理利用本实用新型进行外液侵入条件下水锁实验研究，其基本实验操作过程如下1)首先制备一定粒度的煤样以备用，同时配制一定浓度的外液以待用，外液可以
4是水，也可以是具有一定浓度的某种溶液。由于外液对瓦斯的水锁作用依托外液在煤孔中的毛细管阻力来实现，因此煤样必须要保留其内原有的孔隙，故煤样要制成其外形以cm为单位的均勻块煤，如lcm、2cm、3cm等，具体采用哪一粒度，依据实际情况而定。2)将外液放入装液缸12-1内、煤样装入煤样瓶12-5内，将整个内置外液联动装置 12置入样品缸11内，检查整个系统的气密性，以保证实验在密闭条件下进行。3)参照煤高压等温吸附实验(GB/T19560-2008)中高压容量法的实验过程，通过真空泵1对参考缸10和样品缸11进行真空脱气(此时开启第一控制阀3、第二控制阀4、 第三控制阀5和第四控制阀6，第五控制阀7关闭)，而后注入氦气并求测样品缸内煤样的实体体积Vs以及自由空间的体积Vf。(此时关闭第一控制阀3、第二控制阀4、第三控制阀 5和第四控制阀6，开启第五控制阀7)。4)再次进行真空脱气，而后注入甲烷到压力P。，经过24h使样品缸内瓦斯吸附达到平衡。5)打开第四控制阀6使样品缸11中的瓦斯压力降到环境压力Pz，然后连接上压差计15，经过一段时间t记录下压差计的压差Ahtll,计算出压力差APtll= P -g. Ah, 从而得到样品缸内的压力Ptll = Pz+Δ Ptll，而后通过拔掉压差计15连接管使样品缸11内的瓦斯压力重新降低到环境压力Ρζ，再重新连接上压差计15，并经过一段时间t再记录下压差计压差Ahtl2及计算出压力Ptl2。如此反复，可获得在以t为时间间隔的条件下，其各时间段内压差计的压力值Ptli，然后按下式可计算出无外液侵入条件下各时间段内的瓦斯解吸量Amlitj
V -Vf (ρ ρ λAmli = m f H(1)
M-R-r{ztu Zj式中，Amli为无外液侵入条件下第i个t时间段内单位质量煤所解吸出来的瓦斯量，Cm3/g ;Vffl-甲烷气体的摩尔体积，22. 4X 103cm3/mol ；M为煤样的质量，g ;Vf为样品缸内自由空间的体积，cm3 ；R为气体常数，R = 8. 314J/mol. K ；T为实验温度，K ；Ztli, Zz分别为Ptli 和Pz压力时所对应的甲烷气体压缩因子。以上实验时间总体持续他，然后根据所得瓦斯解吸量，绘制出在无外液侵入条件下，当含瓦斯煤体割落并暴露于空气当中时，其瓦斯解吸释放量与时间的关系曲线t-Amn。6)关闭第四控制阀6，重新对样品缸11注入甲烷到压力Pc，经过24h使样品缸11 内瓦斯吸附达到平衡。而后将样品缸11倾斜一个角度，内置外液联动装置12的钢球12-3 脱离出液口 12-6，装液缸12-1内的外液通过均布分散器12-2均勻洒在煤样上，然后再次经过24h使其达到稳定平衡状态。7)打开第四控制阀6使样品缸11中的瓦斯压力降到环境压力Pz，然后连接上压差计1513，同幻过程一样，按式(1)计算出有外液侵入条件下各时间段内的瓦斯解吸量
Am2iO同样，以上实验时间总体持续他，然后根据所得瓦斯解吸量，绘制出在有外液侵入条件下，当含瓦斯煤体割落并暴露于空气当中时，其瓦斯解吸释放量与时间的关系曲线
t-Am2i ο8)对比曲线t-Amn和曲线t_Δm2i，可分析水锁对含瓦斯煤体的瓦斯解吸释放程度的影响。
权利要求1.一种外液侵入条件下水锁实验装置，所述实验装置包括真空泵(1)、高压连接软管 (2)、第一控制阀(3)、第二控制阀(4)、第三控制阀(5)、第四控制阀(6)、第五控制阀(7)、参考缸(10)、样品缸(11)、气瓶(1 和管路(14)，其特征在于所述实验装置还包括第一压力表(8)、第二压力表(9)、内置外液联动装置(1 和压差计(15)，真空泵(1)与高压连接软管O)的左端口连通，高压连接软管( 分别与参考缸(10)和样品缸(11)连通，内置外液联动装置(1 设置在样品缸(11)内，高压连接软管( 上设有第一控制阀(3)、第二控制阀G)、第三控制阀(5)和第四控制阀(6)，第一控制阀(3)位于真空泵(1)和第一压力表(8)之间，第二控制阀(4)位于第一压力表(8)和第二压力表(9)之间，第三控制阀(5)位于第二控制阀(4)和第二压力表(9)之间，第四控制阀(6)位于第二压力表(9)与高压连接软管O)的右端口之间，高压连接软管O)的右端口与压差计(1 连通，管路(14)上设有第五控制阀(7)，气瓶(1 通过管路(14)与高压连接软管( 连通，且管路(14)的出口端位于第二控制阀(4)和第三控制阀( 之间，参考缸(10)上设有用于测量参考缸(10) 内压力的第一压力表(8)，样品缸(11)上设有用于测量样品缸(11)内压力的第二压力表(9)，内置外液联动装置(12)由装液缸(12-1)、均布分散器(12-2)、至少一个钢球(12_3)、 壳体(12-4)和煤样瓶(12- 构成，煤样瓶(12- 设在壳体(12-4)内的底部，均布分散器(12- 设在煤样瓶(12- 的上部且均布分散器(12- 固接在壳体(12-4)内，装液缸 (12-10设在均布分散器(12- 上且装液缸(12-1)与壳体(12-4)固接，装液缸(12_1)的底部设有至少一个出液口(12-6)，至少一个出液口(12-6)上设有钢球(12-3)，钢球(12_3) 的数量与出液口(12-6)的数量一致。
2.根据权利要求1所述外液侵入条件下水锁实验装置，其特征在于所述均布分散器 (12-2)的底部均布设有一组分散孔(12-7)。
专利摘要外液侵入条件下水锁实验装置，它涉及一种水锁实验装置。针对目前无专用的水锁防止工作面瓦斯超限实验仪器的问题。真空泵与高压连接软管的左端口连通，高压连接软管分别与参考缸和样品缸连通，内置外液联动装置设置在样品缸内，气瓶通过管路与高压连接软管连通，高压连接软管上设有第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀，高压连接软管的右端口与压差计连通，管路上设有第五控制阀，煤样瓶设在壳体内的底部，均布分散器设在煤样瓶的上部且均布分散器固接在壳体内，装液缸设在均布分散器上且装液缸与壳体固接，装液缸的底部设有至少一个出液口，至少一个出液口上设有钢球。本实用新型用于外液侵入条件下水锁实验。
文档编号G01N7/10GK201984002SQ201120045979
公开日2011年9月21日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者侯凤才, 张国华, 徐云青, 梁冰, 毕业武, 沈斌, 蒲文龙 申请人:黑龙江科技学院