[发明专利]超声作用下煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种超声作用下煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置及方法，该装置包括煤体实验箱机构、气体流通机构和监控机构；所述煤体实验箱机构包括实验箱体、设置在实验箱体内的煤样舱、以及均设置在煤样舱上的应力加载系统、超声波发生系统和加热装置；该方法包括以下步骤：一、进行超声波作用下煤吸附甲烷实验；二、进行超声波作用下煤等温解吸甲烷实验；三、进行超声波作用下煤层气渗流实验。本发明通过施加不同声场对煤样致裂，然后通过煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置进行渗透率、甲烷吸附解吸特性的测定以及研究声波作用下产生热效应的煤样的温度变化规律，实验操作便捷，便于推广使用。

技术领域

本发明属于煤矿安全生产技术领域，具体涉及一种超声作用下煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置及方法。

背景技术

中国煤层气地质资源量丰富，煤层气既是造成煤矿瓦斯事故的罪魁祸首，又是重要的能源和强温室气体，瓦斯高效抽采符合国家在安全、能源、环境领域的重大需求。但是我国煤层气储层地质构造复杂、瓦斯赋存特殊，具有微孔隙、高吸附、低渗透的特征，常规钻孔抽采瓦斯流量小、浓度低、钻孔工程量大，难以满足安全生产、资源开发和环境保护的需要，必须采取有效的技术手段提高煤储层渗透性，疏通煤层气渗流通道。水力割缝、水平井技术、松动爆破、注气等方法。新型的无水致裂增透技术逐渐受到重视。声波具有机械振动效应、热效应和空化效应等特点，声波作为一种新型的无水致裂技术已经广泛应用于石油和页岩气的开采中，表现出无污染、能耗低、见效快和能量集中等优点。目前就声波作用下煤层瓦斯的抽采的机理有进一步的研究空间，因此需要一种用于研究煤层瓦斯的吸附、解吸、渗流特性的实验室综合研究装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超声作用下煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置，其设计新颖合理，通过模拟应力场、温度场、声场、渗流场多场耦合作用，通过施加不同声场对煤样致裂，然后通过煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置进行渗透率、甲烷吸附解吸特性的测定以及研究声波作用下产生热效应的煤样的温度变化规律，实验操作便捷，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：超声作用下煤层气渗流、煤吸附解吸甲烷实验装置，其特征在于：包括煤体实验箱机构、以及均与所述煤体实验箱机构连接的气体流通机构和监控机构；

所述煤体实验箱机构包括实验箱体、设置在实验箱体内用于放置煤样的煤样舱、以及均设置在煤样舱上的应力加载系统、超声波发生系统和加热装置，所述煤样舱包括密封槽和密封底盖；所述应力加载系统包括设置在实验箱体上作用于密封槽侧壁的围压加压机构和设置在实验箱体上作用于密封底盖上的轴压加压机构，密封槽上远离围压加压机构的外侧壁上设置有竖直限位板，密封槽上远离轴压加压机构的外侧壁上设置有水平限位板；所述超声波发生系统包括安装在密封槽远离密封底盖的上壁内的导轨、伸入至密封槽内且与导轨滑动配合的超声波换能器、以及设置在密封槽上且用于限位超声波换能器的限位扣；

所述气体流通机构包括伸入至密封槽内且位于煤样底部的第一气路管道、设置在第一气路管道上的抽气注气组件、伸入至密封槽内且位于煤样顶部的第二气路管道、以及设置在第二气路管道上的放气阀，所述抽气注气组件包括沿第一气路管道长度方向依次设置的气瓶组、参考罐和真空泵，所述气瓶组与第一气路管道远离密封槽的一端连接，所述气瓶组包括高压甲烷气瓶和氦气瓶；

所述监控机构包括计算机、设置在第二气路管道与放气阀之间的流量传感器、以及均设置在密封槽上的温度传感器组和与密封槽内煤样配合的应变传感器组，流量传感器的进气端设置有干燥过滤器，所述温度传感器组包括设置在密封槽外侧壁上的第一温度传感器以及多个沿密封槽内壁长度方向均匀布设的第二温度传感器；所述温度传感器组、所述应变传感器组和流量传感器均与计算机连接，超声波换能器通过超声波发生器与计算机连接。