[发明专利]煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置及方法

权利要求书

1.煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置，其特征在于，包括真三轴吸附解吸装置、孔隙压加载装置、应力加载装置、恒温箱(8)、排水集气装置和温度测量系统；

所述真三轴吸附解吸装置包括套筒(21)，与套筒上端螺纹连接的上螺帽(20)，与套筒下端螺纹连接的下螺帽(24)，与上螺帽内壁密封滑动连接的活塞(19)，置于套筒内供夹持试件(33)的上压头(22)和下压头(23)，上压头通过所述活塞对试件施加压力，下压头固定安装在与套筒下端通过所述下螺帽密封连接的托板(25)上，沿活塞、上压头、下压头和托板的中心轴向分别有上下相互对应的管孔(18)，托板的下部有封闭的气室(26)，气室的侧壁上开有排气孔(27)；

所述孔隙压加载装置包括高压气瓶(1)、标准罐(10)和真空泵(7)，所述高压气瓶通过总管路和三个支管路分别与真空泵、标准罐和活塞上的管孔相接；总管路上设有1号针型阀(3)、减压阀(2)和1号压力表(4)；连接真空泵的支管路上设有2号针型阀(5)和真空表(6)；连接标准罐的支管路上设有3号针型阀(9)；连接活塞的管孔的支管路上设有4号针型阀(11)和2号压力表(12)；

所述应力加载装置包括试压泵(17)，试压泵分两路分别与所述真三轴吸附解吸装置相接，其中一路通过真三轴吸附解吸装置中上螺帽上的开孔可对所述活塞施加轴向压力，另一路通过真三轴吸附解吸装置中套筒侧壁上的开孔可对试件施加围向压力，两路分别接有稳压罐(15、16)和控制管路开通的针型阀及测压用压力表(13、14)；

所述恒温箱中放置所述标准罐和真三轴吸附解吸装置；

所述排水集气装置包括水槽(30)和下端置于水槽内的量筒(29)，量筒通过管路和5号针形阀(28)与所述真三轴吸附解吸装置中托板下部气室侧壁上的排气孔(27)相接；

所述温度测量系统包括贴在试件表面的温度传感器，传感器通过导线与无纸记录仪(31)相连，无纸记录仪与计算机(32)相连。

2.使用权利要求1所述煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征试验装置进行煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化特征的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、制备试件

用煤岩切割机制作标准原煤岩试件，将试件密封保存，备用；

步骤2、空载试验装置密封性检验

(1)孔隙压加载装置气密性检验：关闭与真空泵相接的支管路，开启与标准罐和活塞上的管孔相接的支管路；打开总管路上的1号针型阀、减压阀，调节减压阀使1号压力表的读数为设定值，持续一段时间，1号压力表示数稳定则孔隙压加载装置气密性良好；

(2)应力加载装置密封性检验：开启试压泵两路上的所有针型阀，由试压泵向真三轴应力加载装置施加设定压力，持续一段时间，两路上的压力表示数稳定则应力加载装置密封性良好；

步骤3、安装试件

(1)将温度传感器用耐高温胶带粘贴在步骤1的试件表面；

(2)将试件置于真三轴应力加载装置的上压头和下压头之间，同时用热缩套管将试件和上下压头包裹起来；

(3)用导线通过下压头的管孔和气室将温度传感器与无纸记录仪连接，无纸记录仪与计算机连接；

步骤4、进行恒温环境下煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度演化试验

(1)将恒温箱温度调节为设定温度值；

(2)通过试压泵向试件施加轴压和围压；

(3)关闭高压气瓶，开启真空泵，对对孔隙压力加载装置进行真空脱气；

(4)进行瓦斯吸附试验：关闭与活塞上的管孔相接的支管路和排水集气装置，开启高压气瓶，调节减压阀，由高压气瓶向标准罐通入一定压力的瓦斯，待1号压力表读数稳定后，关闭高压气瓶，开启与活塞上的管孔相接的支管路，由标准罐通过活塞和上压头向试件注气，试件吸附瓦斯，持续吸附一定时间，用温度测量系统监测吸附过程中试件温度的变化值，吸附结束后，关闭与活塞上的管孔相接的支管路，重新开启高压气瓶，以设定的压力梯度增大通入标准罐的瓦斯压力，然后重复上述吸附过程，直至达到预先设定的标准罐瓦斯压力值，监测每次吸附过程中试件温度的升高值；

(5)进行瓦斯解吸试验：关闭与活塞上的管孔相接的支管路，开启排水集气装置，试件解吸瓦斯，通过观测2号压力表使真三轴吸附解吸装置内的瓦斯压力按与吸附相同的压力梯度减小，然后关闭排水集气装置，持续解吸一定时间，监测解吸过程中试件温度的变化值；按压力梯度重复进行解吸试验，直至2号压力表读数为零，监测每次解吸过程中试件温度的降低值；

步骤5、由计算机通过对采集的环境温度、应力、瓦斯压力和煤岩吸附解吸瓦斯过程中试件温度变化值进行分析，得到在不同环境温度、应力和瓦斯压力综合情况下煤岩吸附解吸瓦斯过程中温度的演化规律，作为预测采掘工作面煤岩与瓦斯突出的参考依据。