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原文传递一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置及其方法

专利名称：	一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置及其方法
摘要：	一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置及其方法，轴压柱塞加载泵通过管路与夹持器的后端部连接，环压柱塞加载泵通过管路与夹持器的侧面连接；气压控制系统的气瓶、真空泵通过管路与气压控制器的一端连接，气压控制器的另一端连接夹持器前端的流体通道；在真空泵与气压控制器连接的管路上安装阀门Ⅱ，在气瓶与阀门Ⅱ连接的管路上安装阀门Ⅰ，夹持器后端的流体通道通过管路与标准容器连接；数据采集计算机与位移传感器、温度传感器、压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ连接，本发明可以实现对长期试验的自动测量和记录，有效的测量样品内孔压由非平衡状态到平衡状态过程中渗透率的演化规律，结构简单、操作方便。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	中国矿业大学
发明人：	魏明尧;刘应科
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-30T00:00:00+0800
申请号：	CN201910344038.3
公开号：	CN110068527A
代理机构：	徐州市淮海专利事务所
代理人：	周淑淑
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	221000 江苏省徐州市泉山区中国矿业大学物联网研究中心
主权项：	1.一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，包括夹持器(9)、橡胶套(10)和恒温箱(15)，橡胶套(10)套装在夹持器(9)外部后设置在恒温箱(15)中，其特征在于，还包括围压加载系统、气压控制系统、数据采集系统，围压加载系统的轴压柱塞加载泵(1)通过管路与夹持器(9)的后端部连接，围压加载系统的环压柱塞加载泵(2)通过管路与夹持器(9)的侧面连接；气压控制系统的气瓶(3)、真空泵(5)均通过管路与气压控制器(7)的一端连接，气压控制器(7)的另一端连接夹持器(9)前端的流体通道；在真空泵(5)与气压控制器(7)连接的管路上安装阀门Ⅱ(6)，在气瓶(3)与阀门Ⅱ(6)连接的管路上安装阀门Ⅰ(4)，夹持器(9)后端的流体通道通过管路与标准容器(14)连接；数据采集系统包括位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)和数据采集计算机(16)；位移传感器(12)的探头安装在夹持器(9)的一端；温度传感器(11)设置在恒温箱(15)内部；压力传感器Ⅰ(8)安装在气压控制器(7)与夹持器(9)连接的管路上；压力传感器Ⅱ(13)安装在夹持器(9)与标准容器(14)连接的管路上；数据采集计算机(16)分别通过电缆与位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)连接，用来采集位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)的数据。 2.根据权利要求1所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，其特征在于，轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)采用的均是计量泵。 3.根据权利要求1或2所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，其特征在于，气瓶(3)为试验用气体储存容器，真空泵(5)为普通活塞式气体真空泵，阀门Ⅰ(4)和阀门Ⅱ(6)为高压气体针形阀。 4.根据权利要求3所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，其特征在于，气压控制器(7)采用65D计量泵，压力范围0.07～137MPa，压力精度0.5％FS。 5.根据权利要求4所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，其特征在于，压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)为通用型工业用压力传感器，型号为PTX5072，量程0.1～10MPa，测量精度0.1％FS。 6.根据权利要求4所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，其特征在于，恒温箱(15)为密封箱体，内部通过水浴加温。 7.根据权利要求4所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试装置，其特征在于，位移传感器(12)为高精度线性位移差动变压器式传感器；温度传感器(11)为热电阻式接触温度传感器。 8.一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试方法，其特征在于，包括以下步骤： ①将样品加工成圆柱体，放入烘干箱进行干燥； ②将样品装入带橡胶套(10)的夹持器(9)内，检查位移传感器(12)、温度传感器(11)、压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)的工作状态； ③通过轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)对样品施加压力，检查是否漏液；设定恒温箱(15)内温度为室温～100℃，通过温度传感器(11)反馈数据到数据采集计算机(16)，由数据采集计算机(16)自动调整恒温箱(15)内的温度，保证温度恒定；关闭阀门Ⅰ(4)，开通阀门Ⅱ(6)，待围压稳定后，打开真空泵(5)，对样品抽真空24小时； ④关闭阀门Ⅱ(6)，打开阀门Ⅰ(4)和气瓶(3)，通过数据采集计算机(16)设定气压控制器(7)的出口气压特定压力值，通过压力传感器Ⅰ(8)的数据反馈自动调整气压控制器(7)，保证气体压力控制精度；观察压力传感器Ⅰ(8)和压力传感器Ⅱ(13)的数据，待压力传感器Ⅰ(8)和压力传感器Ⅱ(13)的压力相等后，通过气压控制器(7)设定压力传感器Ⅰ(8)的气压增加0.1MPa，实现前端的脉冲压力；待压力传感器Ⅱ(13)的测定压力数据与压力传感器Ⅰ(8)的数据平衡后，再通过气压控制器(7)设定压力传感器Ⅰ(8)的气压减少0.1MPa，将压力传感器Ⅰ(8)的压力设为初始压力值，待压力传感器Ⅱ(13)的压力保持恒定后，即完成一次测试周期；通过公式(1)对压力传感器Ⅰ(8)、压力传感器Ⅱ(13)的压力差斜率进行拟合得到公式(2)，对公式(2)进行变换得到公式(3)，再由公式(3)计算得到渗透率值；式中：pup(t)-pdn(t)为压力传感器Ⅰ和压力传感器Ⅱ压力差实测值； Δp为0.1MPa的初始压差； t为测试经过时间； v为压力传感器Ⅰ、压力传感器Ⅱ的压力差斜率； A为样品横截面积； μ为气体粘滞系数； β为气体压缩系数； L为样品长度； Vdn为标准容器体积； k为渗透率； ⑤通过数据采集计算机(16)控制，按照固定周期设置气压控制器(7)更改压力传感器Ⅰ(8)的压力，保证压力传感器Ⅰ(8)按照固定周期产生脉冲压力，对样品进行持续渗透率测试，分析样品基质内孔压由非平衡至平衡过程中渗透率的变化规律； ⑥待样品的轴向变形量稳定不变，同时计算出的渗透率值不变时，即可认为样品基质内孔压达到平衡状态；完成测试后，关闭气瓶(3)、阀门Ⅰ(4)、气压控制器(7)、恒温箱(15)和数据采集计算机(16)，卸载轴压柱塞加载泵(1)和环压柱塞加载泵(2)，取出样品。 9.根据权利要求8所述的一种非平衡状态下煤岩渗透率自动连续测试方法，其特征在于，样品为岩石或煤体制成的标准圆柱体试样，直径50mm，高100mm，表面打磨光滑平整。
所属类别：	发明专利