[发明专利]热冷冲击下煤体渗透率测试装置及测试方法

权利要求书

1.使用热冷冲击下煤体渗透率测试装置的煤体渗透率测试方法，热冷冲击下煤体渗透率测试装置包括热冷装置、渗透装置、气体流量测试装置和气体供给装置；其特征在于：

热冷装置包括液氮罐、热鼓风机、注冷管和注热管，热鼓风机具有风机开关；液氮罐连接所述注冷管，注冷管与液氮罐相连接的一端部设有增压阀和进液阀；热鼓风机连接所述注热管，注热管上设有第一截止阀；

气体流量测试装置包括排气管，排气管上设有第二截止阀和气体流量计；

渗透装置包括煤样罐、端盖、热冷管、圆板和端盖内塞，热冷管的下端垂直向下固定在圆板的正中心处，圆板位于热冷管径向外侧的部分均匀设置有上下通透的透水孔；端盖与煤样罐顶部密封配合，煤样罐内于侧壁与底壁相接处设有环形的支撑台阶，圆板架设在支撑台阶上并与煤样罐的内侧壁相连接；圆板与其下方的煤样罐底壁围成透水腔，透水腔侧壁连接有气水排出管，气水排出管伸出透水腔的部分向上连接有所述排气管并向下连接有排水管，排水管上设有第三截止阀；端盖内塞的底部设有上大下小的锥台部，锥台部插入热冷管并与热冷管压接密封；

注热管和注冷管分别穿过端盖内塞并伸入热冷管内，注热管和注冷管均与端盖内塞密封配合；注热管和注冷管位于热冷管内的管段侧壁分别均匀设有径向通孔；端盖内塞上竖向安装有用于排放氮气和热风的连通管，连通管底端伸入热冷管且其顶端向上伸出端盖内塞；

气体供给装置包括高压瓦斯气瓶，高压瓦斯气瓶顶部通过出气口开关连接有导气管，导气管上设有减压阀和气压表；

所述端盖与煤样罐顶部通过以下结构密封配合：

端盖外圆处向下凸设有连接圆环，连接圆环底面设有环形槽，煤样罐顶部外壁径向凸起设有环形的连接板，连接板与连接圆环的底面通过螺栓可拆卸固定连接在一起，连接板以上的煤样罐侧壁卡接在环形槽内，煤样罐的侧壁顶端与环形槽的槽壁之间压设有密封垫圈；密封圈低于端盖下表面，端盖下表面与煤样罐顶端之间围成进气腔；

煤体渗透率测试方法依次按以下步骤进行：

第一步骤是制备煤样；煤样由以下重量份配比的原料组成：水泥10～30份，煤粉60～90份，加水混合搅拌均匀后倒入煤样罐内的圆板上，使混合料的高度和煤样罐顶端相齐平，然后静置直到混合料凝固；

混合料凝固过程中，混合料中的水透过圆板的透水孔向下流至透水腔；打开第三截止阀，关闭第二截止阀，水通过排水管排出；煤样制备好后，将端盖通过螺栓与煤样罐固定到一起，同时注冷管和注热管穿过端盖内塞插入热冷管；

第二步骤是对煤样进行温度冲击，包括热冲击和冷冲击；

首先是热冲击，打开热鼓风机上的风机开关，将热鼓风机的出风温度调节至300±10℃，同时打开第一截止阀，热风通过注热管进入热冷管内，并从注热管侧壁的径向通孔均匀吹至热冷管的内壁，热冷管的内壁将热量传导至煤样；热鼓风机加热持续时间10－60分钟；关闭风机开关和第一截止阀，停止送热风；

其次是冷冲击，打开进液阀，液氮经过注冷管进入热冷管内，从注冷管侧壁的径向通孔均匀喷至热冷管的内腔，热冷管将冷量传递给煤样，将煤样迅速冷却下来；液氮在热冷管内气化，气化后的氮气通过连通管排出；注冷30分钟后，关闭进液阀；

热冲击和冷冲击循环进行1－10次，热冲击和冷冲击对煤样产生热冷冲击作用，煤体破坏损伤，煤样渗透性增加；

第三步骤是测试煤样的渗透率；打开高压瓦斯气瓶上的出气口开关，调节减压阀，记录气压表此时显示的进口瓦斯压力P1，P1的单位为MPa；瓦斯气体经过导气管进入到进气腔；保持进气状态10分钟以上，然后打开第二截止阀，瓦斯气体通过煤样上端面进入煤样体，然后向下通过圆板上的透水孔进入到透水腔内，瓦斯气体接着通过气水排出管和排气管流出，在此过程中排气管上的数显气体流量计显示气体流量，待数显气体流量计示数稳定后记录流量值Q，流量值Q的单位是立方米/秒；

瓦斯气体通过煤样、透水孔、透水腔进入排气管后其压力接近大气压P0，P0的单位为MPa，煤样的高度为H，H的单位为米；瓦斯气体在流动断面的面积为煤样的水平截面的面积S，S的单位为平方米，瓦斯气体粘度系数为常数µ，煤体的渗透率K为：

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2.根据权利要求1所述的煤体渗透率测试方法，其特征在于：所述第三步骤中，在保持进气状态10分钟以上之后、打开截止阀之前，通过关闭出气口开关观察气压表的示数是否稳定来检验气密性，如果关闭出气口开关后30分钟，气压表的示数波动范围小于等于0.01MPa，则判断系统气密性良好，此时打开第二截止阀进行后续操作；如果气压表的示数波动范围大于0.01MPa，则中止实验，检查系统气密性，确保系统气密性良好后再打开第二截止阀进行后续操作。