[发明专利]松散煤体内CO2渗透系统测定装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及CO₂渗透系统测定技术领域，特别涉及一种松散煤体内二氧化碳渗透系数测定装置及其方法。

背景技术

自然界中，二氧化碳存在气、液、固三种相态，随着环境压力和温度的变化，二氧化碳将发生相变，并发生能量的转移。相变过程中，由一种相态完全转化为另一种相态的阶段则为非饱和多相状态。我国煤自燃灾害严重，而治理的关键在于阻断煤的氧化和移除热量。现有防灭火技术中，直接利用液态二氧化碳进行煤自燃的防治，其兼具阻燃、阻爆性能的同时还具有明显降温效果且不损害煤质，更有利于自然发火的防治，特别是对大范围封闭火区的治理具有良好的效果。液态二氧化碳在采空区、破碎煤柱、煤堆等松散煤体环境中释放后，由于压力和环境的变化，液态二氧化碳迅速发生相变，形成非饱和多相态的二氧化碳气体，在松散煤体中渗流与运移，并伴随着传质传热过程。掌握多相二氧化碳的渗流与运移规律则是分析其传质传热过程的基础。因此对多相二氧化碳在松散媒体中的渗流与运移规律的研究是液态二氧化碳降温灭火技术应用的关键。

现有测试方法及装置中，均为测试单一气相状态下二氧化碳的渗流规律，没有对不同压力、粒径、温度、孔隙率多变量综合因素下，松散煤体内多相二氧化碳渗流及运移规律的测试与研究；同时现有研究方法中，多采用计算机模拟的方法对松散煤体中单相气体进行研究，没有对多相气体采取物理测试的方法。

发明内容

本发明设计了一种CO₂渗透系数测定装置，研究了CO₂多相气体在松散煤体介质中不同压注压力、煤体粒径、空隙率条件下的渗流规律及扩散规律，同时提出了一种新的渗流系数计算方法。

本发明提供了一种松散煤体内CO₂渗透系数测定装置，包括二氧化碳储罐，所述二氧化碳储罐的输出端口设置有输送管道，所述输送管道上从左到右依次设置有压力调节阀、压力表、流量调节阀和流量计；所述流量计右端的输送管道连接有气室，所述气室的右侧通过铜丝网连接有测试管，所述测试管内设置有第一温度传感器和压力传感器，所述测试管的右侧也通过铜丝网连接有气室，所述气室的右侧通过输送管道连接有出口阀门；所述气室和测试管均设置在水浴箱中，所述水浴箱中还设置有加热丝和温度传感器；所述水浴箱的上方设置有压力变送器，所述压力变送器的左端连接位于测试管左侧的气室，所述压力变送器的右端连接位于测试管右侧的气室；所述压力表、流量计压力变送器、压力传感器、第一温度传感器、第二温度传感器进而加热丝均通过导线与计算机信号连接。

较佳地，所述压力传感器至少有四个。

一种松散煤体内CO₂渗透系数测定方法，包括以下步骤：

(1)制备样煤：把样煤破碎至一定的粒度，通过挤压填充到测试管中，得到不同的空隙度；

(2)连接实验装置：打开出口阀门，在出口阀门出连接抽空泵，同时关闭流量调节阀，启动抽空泵把测试管抽真空；

(3)当抽空泵上的真空表读数在0.5h内一直维持在-0.1MPa时开始试验；

(4)设定水浴箱温度：待水浴箱温度稳定，第一温度传感器温度达到预定温度时，打开二氧化碳储罐上的阀门；

(5)设定入口压力：通过压力调节阀设定输送管道中的压力；

(6)测定不同流量下，测试管内各压力点变化，直至测试管内压力达到平衡，并记录压力平衡时测试管内压差；

(7)改变入口压力；重复步骤6；

(8)改变水浴箱温度，重复步骤5和6，同时向测试管中填入不同粒径的煤样，进而可以测得不同温度、不同的空隙度CO₂渗透系数。

本发明测定装置，可以测试不同压力、粒径、孔隙率、温度多条件下的二氧化碳在松散煤体中的运移规律；在测试管内布置多个压力传感器，方便研究测试管内压力逐步达到平衡过程中，以及二氧化碳在测试管内的运移规律。

附图说明

图1为本发明提供的一种松散煤体内CO₂渗透系数测定装置结构示意图；

图2为松散煤体内CO₂渗透系数测定流程图。

附图标记说明：

1、二氧化碳储罐；2、压力调节阀；3、压力表；4、流量调节阀；5、流量计；6、压力变送器；7、水浴箱；8、气室；9、铜丝网；10、测试管；11、第一温度传感器；12、压力传感器；13、出口阀门；14、计算机；15、第二温度传感器；16、加热丝。

具体实施方式