【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含瓦斯煤层注水防尘，具体涉及一种含瓦斯煤体水分自发渗吸规律实验系统及实验方法。
技术介绍
1、随着全球能源需求的不断增长，煤炭作为最主要的能源来源之一，其消耗量也在逐年增加。而煤炭开采过程中伴随大量粉尘产生，污染作业环境，严重威胁着矿井安全生产与矿工职业健康。围绕煤矿井工开采粉尘灾害防治，人们制定了包括注水减尘、喷雾降尘、通风除尘、化学抑尘、气幕隔尘在内的综合防尘措施。
2、其中，煤层注水技术作为一项从源头上减少煤尘产生量的有效手段而被普遍采用。但我国多数矿区煤层普遍赋存瓦斯，且具有低渗、难润湿特征，在采取多种强渗增润措施后，仍无法取得理想的注水减尘效果，主要原因为：充填于裂-孔隙结构中的水分无法更好的进入煤体微孔结构中均匀润湿煤体，而对“含瓦斯煤层注水润湿机制”的基础研究不够系统深入是其关键瓶颈。自发渗吸实验作为一种测试煤体润湿特性实验手段，通常采用两端开口的玻璃管进行，通过观测液体在玻璃管中的渗吸高度判断煤体的润湿性能。但由于其两端开放的特性，导致实验无法真实还原不同赋存条件下含瓦斯煤体润湿特性，并且难以获得煤体内部水分的运移规律。
3、因此，亟须设计一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统及实验方法，模拟不同覆压与瓦斯含量条件下煤体水分自发渗吸过程，为研究含瓦斯煤层注水过程中煤体润湿特性影响机制提供依据。
技术实现思路
1、本专利技术主要目的在于提供一种含瓦斯煤体水分自发渗吸规律实验系统及实验方法，以解决现有技术中存在的技术问题。>
2、为解决上述技术问题，本专利技术采取了如下技术方案：
3、一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，包括实验测试单元、液位控制单元、覆压加载单元、气体吸附-解吸单元、数据监测单元；
4、所述实验测试单元包括实验罐，所述实验罐的内部设有细微渗透分布板，所述细微渗透分布板位于所述实验罐体的下部，将所述实验罐的内部分为上部内腔和下部内腔，所述上部内腔用于盛放实验煤样，所述下部内腔用于盛放待测液体；
5、所述液位控制单元用于向所述实验罐体的内部注入液体，所述覆压加载单元用于向所述实验罐体的内部加载覆压，所述气体吸附-解吸单元用于向所述实验罐体的内部注入气体以及排出所述实验罐体的内部气体，所述数据监测单元用于监测所述实验罐体的内部的水位、压力以及电阻率。
6、进一步的，所述实验罐包括罐体内壳、罐体外壳、密封盖和底座，所述罐体外壳套设于所述罐体内壳的外侧，所述密封盖设置于所述罐体外壳的顶部，所述底座设置于所述罐体外壳的底部，所述细微渗透分布板位于所述罐体内壳的内部。
7、进一步的，所述液位控制单元包括注水管路、液体注入控制阀、液位自动控制阀、液体注入泵和液体承载容器，所述液体承载容器位于所述实验罐的下方，所述液体注入泵的进水端与所述液体承载容器连通，所述液体注入泵的出水端与所述注水管路的主管连通，所述液位自动控制阀安装于所述主管上，所述主管远离所述液体注入泵的一端向外延伸有两个支管，一个所述支管贯穿所述密封盖与所述上部内腔连通，另一个支管贯穿所述底座与所述下部内腔连通，所述液体注入控制阀安装于所述支管上。
8、进一步的，所述覆压加载单元包括覆压加载活塞、覆压加载管路和覆压加载泵，所述覆压加载活塞位于所述上部内腔中，所述覆压加载泵的输出端与所述覆压加载管路连通，所述覆压加载管路的另一端穿过所述密封盖与所述上部内腔连通。
9、进一步的，所述气体吸附-解吸单元包括气瓶、气体管路、气体控制阀、真空泵和气体解吸装置，所述气瓶的出口端与所述气体管路的进气管连通，所述进气管穿过所述密封盖与所述上部内腔连通，所述真空泵和所述气体解吸装置均通过所述气体管路的出气管与所述上部内腔连通，所述进气管和所述出气管上均安装有所述气体控制阀。
10、进一步的，所述数据监测单元包括液位监测电极、液位实时监测装置、电阻率监测装置、压力监测装置、plc控制器和计算机，两个所述液位监测电极分别设置于所述细微渗透分布板的底部和所述底座的顶部，所述液位实时监测装置与所述液位监测电极连接，所述电阻率监测装置与所述上部内腔中的电阻测点连接，所述压力监测装置与所述上部内腔中的压力探头连接，所述plc控制器分别与所述液位实时监测装置、电阻率监测装置、压力监测装置和计算机电连接。
11、进一步的，所述罐体内壳采用pc高强度玻璃材质，所述罐体外壳采用耐压钢体材质，所述罐体外壳的侧部设有若干个通孔，所述通孔的侧壁上标有刻度线。
12、进一步的，所述上部内腔中设有多组电阻测点，所述电阻测点采用多层组合式密封垫进行密封。
13、一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律的实验方法，包括以下步骤：
14、s1、将多个电阻测点分别插入实验罐的上部内腔中，向上部内腔中注入气体并增加覆压，测试实验罐的内部密封性；
15、s2、将实验煤样进行破碎筛分，将筛分后相同粒径的煤体颗粒放入上部内腔中；
16、s3、依次将实验罐与液位控制单元、覆压加载单元、气体吸附-解吸单元、数据监测单元连接；
17、s4、打开真空泵抽取实验罐内部的气体，直至压力监测装置显示负压，保证实验前环境处于真空状态，随后关闭真空泵；
18、s5、打开覆压加载泵，向实验罐内部增加覆压，待覆压加载完毕后，关闭覆压加载泵；
19、s6、打开进气管上的气体控制阀，向实验罐的内部注入实验气体，当气体压力达到额定值后，关闭气体控制阀；
20、s7、打开液体注入控制阀、液位自动控制阀和液体注入泵，保持实验罐的内部渗吸液体与实验煤样实时接触，保证渗吸液在实验罐的内部充分渗吸；
21、s8、读取罐体外壳上的刻度线，观测液体渗吸距离，同时通过电阻率计算公式ρ＝rs/l，获取水分在煤体内部的运移距离，实现外部可视化与内部电信号监测实验结果相互验证，增加实验的准确性，进而完成不同条件下煤体润湿特性判断。
22、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
23、本专利技术的罐体外壳采用耐压钢体，罐体内壳采用pc高强度玻璃，可实现不同压力条件下含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验，采用外部可视化观测与内部电信号监测相互验证，增加实验的准确性，有效解决传统自发渗吸实验无法观测水分在煤体内部运移距离的问题；同时，实验系统具有自动补水功能，且细微渗透分布板具有较好透水性能，保证水分能够与实验煤体充分接触，保证压力条件下水分能够实现自发渗吸；
24、另外本专利技术还具有操作简单，安装方便，实验快捷，密封性好的优点，可实现不同粒径煤体、不同液体、不同瓦斯压力、不同覆压条件下煤体水分自发渗吸运移规律实验，为提升含瓦斯煤体注水润湿效果提供了理论指导。
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1.一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，包括实验测试单元、液位控制单元、覆压加载单元、气体吸附-解吸单元、数据监测单元；
2.如权利要求1所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述实验罐包括罐体内壳、罐体外壳、密封盖和底座，所述罐体外壳套设于所述罐体内壳的外侧，所述密封盖设置于所述罐体外壳的顶部，所述底座设置于所述罐体外壳的底部，所述细微渗透分布板位于所述罐体内壳的内部。
3.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述液位控制单元包括注水管路、液体注入控制阀、液位自动控制阀、液体注入泵和液体承载容器，所述液体承载容器位于所述实验罐的下方，所述液体注入泵的进水端与所述液体承载容器连通，所述液体注入泵的出水端与所述注水管路的主管连通，所述液位自动控制阀安装于所述主管上，所述主管远离所述液体注入泵的一端向外延伸有两个支管，一个所述支管贯穿所述密封盖与所述上部内腔连通，另一个支管贯穿所述底座与所述下部内腔连通，所述液体注入控制阀安装于所述支管上。
4.如权利要求2所述的一种
5.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述气体吸附-解吸单元包括气瓶、气体管路、气体控制阀、真空泵和气体解吸装置，所述气瓶的出口端与所述气体管路的进气管连通，所述进气管穿过所述密封盖与所述上部内腔连通，所述真空泵和所述气体解吸装置均通过所述气体管路的出气管与所述上部内腔连通，所述进气管和所述出气管上均安装有所述气体控制阀。
6.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述数据监测单元包括液位监测电极、液位实时监测装置、电阻率监测装置、压力监测装置、PLC控制器和计算机，两个所述液位监测电极分别设置于所述细微渗透分布板的底部和所述底座的顶部，所述液位实时监测装置与所述液位监测电极连接，所述电阻率监测装置与所述上部内腔中的电阻测点连接，所述压力监测装置与所述上部内腔中的压力探头连接，所述PLC控制器分别与所述液位实时监测装置、电阻率监测装置、压力监测装置和计算机电连接。
7.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述罐体内壳采用PC高强度玻璃材质，所述罐体外壳采用耐压钢体材质，所述罐体外壳的侧部设有若干个通孔，所述通孔的侧壁上标有刻度线。
8.如权利要求7所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述上部内腔中设有多组电阻测点，所述电阻测点采用多层组合式密封垫进行密封。
9.一种如权利要求1-8任一项的含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，包括实验测试单元、液位控制单元、覆压加载单元、气体吸附-解吸单元、数据监测单元；
2.如权利要求1所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述实验罐包括罐体内壳、罐体外壳、密封盖和底座，所述罐体外壳套设于所述罐体内壳的外侧，所述密封盖设置于所述罐体外壳的顶部，所述底座设置于所述罐体外壳的底部，所述细微渗透分布板位于所述罐体内壳的内部。
3.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述液位控制单元包括注水管路、液体注入控制阀、液位自动控制阀、液体注入泵和液体承载容器，所述液体承载容器位于所述实验罐的下方，所述液体注入泵的进水端与所述液体承载容器连通，所述液体注入泵的出水端与所述注水管路的主管连通，所述液位自动控制阀安装于所述主管上，所述主管远离所述液体注入泵的一端向外延伸有两个支管，一个所述支管贯穿所述密封盖与所述上部内腔连通，另一个支管贯穿所述底座与所述下部内腔连通，所述液体注入控制阀安装于所述支管上。
4.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移规律实验系统，其特征在于，所述覆压加载单元包括覆压加载活塞、覆压加载管路和覆压加载泵，所述覆压加载活塞位于所述上部内腔中，所述覆压加载泵的输出端与所述覆压加载管路连通，所述覆压加载管路的另一端穿过所述密封盖与所述上部内腔连通。
5.如权利要求2所述的一种含瓦斯煤体水分自发渗吸运移...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘震，朱慕尧，杨赫，徐亚琪，张萌萌，焦鲁龙，王志祥，孙树阳，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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