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原文传递煤样渗透率计算模拟试验装置及其试验方法

专利名称：	煤样渗透率计算模拟试验装置及其试验方法
摘要：	煤样渗透率计算模拟试验装置，包括试验台、加热模块、风干模块、切片模块、维压裂缝测试模块和维压渗透模块，试验台的上表面固定连接有台面框架，加热模块固定安装在试验台的上表面且位于台面框架内，试验台的上表面放置有呈长方体结构的煤样块，加热模块设置在煤样块的前后两侧，风干模块设置在试验台的上表面且位于台面框架左侧，风干模块朝向加热模块和煤样块吹风，切片模块安装在台面框架内上部且位于煤样块的正上方，维压裂缝测试模块安装在台面框架的右侧，维压渗透模块安装在台面框架的上侧。本发明设计科学，结构合理，通过模拟的方式研究加热风干条件下煤样块的内部裂缝情况，可以经济有效地探索不同高度的煤储层的裂缝变化规律。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	中国地质大学(北京)
发明人：	许浩;辛福东;汤达祯
专利状态：	有效
申请日期：	2019-08-26T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910788727.3
公开号：	CN110441213A
代理机构：	郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	朱俊峰
分类号：	G01N15/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	100083北京市海淀区学院路29号
主权项：	1.煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：包括试验台、加热模块、风干模块、切片模块、维压裂缝测试模块和维压渗透模块，试验台的上表面固定连接有台面框架，加热模块固定安装在试验台的上表面且位于台面框架内，试验台的上表面放置有呈长方体结构的煤样块，加热模块设置在煤样块的前后两侧，风干模块设置在试验台的上表面且位于台面框架左侧，风干模块朝向加热模块和煤样块吹风，切片模块安装在台面框架内上部且位于煤样块的正上方，维压裂缝测试模块安装在台面框架的右侧，维压渗透模块安装在台面框架的上侧。 2.根据权利要求1所述的煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：台面框架包括四根第一竖向支撑梁，四根第一竖向支撑梁的下端固定连接在试验台的上表面左侧部，左侧的两根第一竖向支撑梁的上端之间和右侧的两根第一竖向支撑梁的上端之间均固定连接有一块沿前后方向水平设置的第一连接板，两块第一连接板之间固定连接有一块沿左右方向水平设置的第一横向支板。 3.根据权利要求2所述的煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：加热模块包括三排结构相同的加热组件，其中两排加热组件前后对称且沿左右方向竖向设置，另一排加热组件沿前后方向竖向设置且位于前后两排加热组件的左侧，煤样块位于三排加热组件所围成C型栅栏框的中间，每排加热组件均包括若干根加热电阻棒，各根加热电阻棒均竖向间隔固定安装在试验台的上表面上；风干模块包括三个第一鼓风机，三个第一鼓风机沿前后方向排列固定安装在试验台的左侧部，前侧的第一鼓风机自左前向右后朝向前侧的各根加热电阻棒鼓风，中间的第一鼓风机自左向右朝向煤样块的左侧面鼓风，后侧的第一鼓风机自左后向右前朝向后侧的各根加热电阻棒鼓风。 4.根据权利要求3所述的煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：切片模块包括两套前后移动组件、两套第一升降组件、两个走丝电机、线切割铜丝、线切割电源和一套推煤组件；两套前后移动组件结构相同且左右对称设置，左侧的一套前后移动组件包括两根第一导向滑杆、第一丝杠和第一滑块，两根第一导向滑杆和第一丝杠均沿前后方向水平设置，两根第一导向滑杆的前后两端分别固定连接在左侧的两根第一竖向支撑梁的中部下侧，第一丝杠的前后两端分别转动安装在左侧的两根第一竖向支撑梁的中部下侧，两根第一导向滑杆上下间隔设置，第一丝杠位于两根第一导向滑杆的中间，两根第一导向滑杆和第一丝杠均穿过第一滑块，第一滑块和两根第一导向滑杆滑动连接，第一滑块和第一丝杠螺纹传动连接，第一丝杠的前端穿过左前侧的第一竖向支撑梁的前侧面且固定连接有转动手轮；两套第一升降组件的结构相同且左右对称设置，两套第一升降组件之间通过一块沿左右方向水平设置的第二连接板固定连接，左侧的第一升降组件包括直角固定板、两根第二导向滑杆、第二丝杠、第一垂直进给电机和第二滑块，直角固定板的上侧板水平设置，直角固定板的下侧板竖向设置，直角固定板的上侧板右侧边与直角固定板的下侧板上侧边一体连接，直角固定板的上侧板的上表面和第二连接板的上表面平齐，直角固定板的下侧板的右侧面固定连接在第二连接板的左端，两根第二导向滑杆和第二丝杠均竖向设置，两根第二导向滑杆的上下两端分别固定连接在直角固定板的下侧板左侧面下侧部和第一滑块的左侧面，第二丝杠的上下两端分别转动安装在直角固定板的下侧板左侧面下侧部和第一滑块的左侧面，两根第二导向滑杆前后间隔设置，第二丝杠位于两根第二导向滑杆的中间，第一垂直进给电机的缸体固定安装在直角固定板的上侧板上表面，第一垂直进给电机的动力输出轴垂直穿过直角固定板的上侧板，第一垂直进给电机的动力输出轴的下端与第二丝杠的上端固定连接，两根第二导向滑杆和第二丝杠均穿过第二滑块，第二滑块和两根第二导向滑杆滑动连接，第二滑块和第二丝杠螺纹传动连接；两个第二滑块之间固定连接有若干根沿左右方向水平设置的支撑杆，两个走丝电机分别通过连接座左右对称固定连接在各根支撑杆的左侧部和右侧部，线切割电源固定安装在各根支撑杆的中部，两个走丝电机均沿前后方向设置，两个走丝电机的下侧均固定连接有一根竖向设置的L型支杆， L型支杆和走丝电机的中心轴位于同一竖直平面内，L型支杆包括竖直杆和水平杆，竖直杆的上端固定连接在走丝电机的后端，水平杆沿前后方向水平设置，水平杆的后端和竖直杆的下端固定连接，走丝电机的前侧动力轴固定安装有主动滚轮，水平杆的前端转动安装有从动滚轮，两个主动滚轮和两个从动滚轮位于同一竖直平面内,线切割铜丝套装在两个主动滚轮和两个从动滚轮上且呈矩形张紧状态，线切割电源均与两个走丝电机电连接；推煤组件包括滑轨、滑动板和推煤气缸，滑轨沿前后方向水平固定连接在试验台的上表面且位于左侧的两根第一竖向支撑梁之间，滑动板竖向设置，滑动板的下侧部滑动连接在滑轨上，滑动板的上端固定连接在左侧的第二滑块的下侧面，推煤气缸沿左右方向水平设置，推煤气缸的缸体固定连接在滑动板的左侧面中部，推煤气缸的活塞杆水平向右穿过滑动板，推煤气缸的活塞杆右端固定连接有竖向推板，竖向推板位于煤样块的左侧面左侧且与左侧的相邻两根加热电阻棒之间的间隙左右对应。 5.根据权利要求4所述的煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：维压裂缝测试模块包括两个竖向支架、裂缝测试组件、第一水平维压组件和第一垂直维压组件，两个竖向支架结构相同且前后对称设置，前侧的竖向支架包括第二竖向支撑梁和第二横向支撑梁，第二竖向支撑梁的下端固定连接在试验台的上表面右侧部前侧，第二横向支撑梁沿左右方向水平设置，第二横向支撑梁的左端固定连接在右前侧的第一竖向支撑梁的右侧面中部，第二横向支撑梁的右端固定连接在第二竖向支撑梁的上端，右前侧的第一竖向支撑梁的前侧面和第二竖向支撑梁的前侧面之间固定连接有一套左右移动组件，两根第二竖向支撑梁的右侧面之间固定连接有一块沿前后方向竖向设置的第一竖向连接板，两根第二横向支撑梁的上表面左侧和右侧通过连接支架固定连接有一块沿左右方向水平设置的第三连接板，第一水平维压组件安装在第一竖向连接板上，第一垂直维压组件安装在第三连接板上，试验台的上表面左侧部前侧和后侧分别沿左右方向开设有一个上下通透的导向长孔，试验台的上表面中部沿前后方向开设有一个上下通透的调节长孔，调节长孔位于右侧的两根第一竖向支撑梁的右侧，调节长孔中竖向插接有一块升降式压力调节板，试验台的下表面固定连接有位于调节长孔下侧的调节座，调节座上螺纹连接有两根前后间隔设置的紧固螺栓，升降式压力调节板上沿竖向开设有两个左右通透的升降长孔，两根紧固螺栓分别穿过两个升降长孔，两根紧固螺栓上均螺纹连接有一个锁紧螺母，升降式压力调节板位于锁紧螺母和调节座之间，锁紧螺母压紧升降式压力调节板并使升降式压力调节板和调节座固定连接。 6.根据权利要求5所述的煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：左右移动组件包括两根第三导向滑杆、第三丝杠、横向进给电机和第四滑块，两根第三导向滑杆和第三丝杠均沿左右方向水平设置，两根第三导向滑杆的左右两端分别固定连接在右前侧的第一竖向支撑梁的前侧面和第二竖向支撑梁的前侧面，第三丝杠的左右两端分别转动安装在右前侧的第一竖向支撑梁的前侧面和第二竖向支撑梁的前侧面，两根第三导向滑杆上下间隔设置，第三丝杠位于两根第三导向滑杆的中间，横向进给电机沿左右方向固定连接在右前侧的第一竖向支撑梁的前侧面，横向进给电机的动力输出轴的右端与第三丝杠的左端固定连接，两根第三导向滑杆和第三丝杠均穿过第三滑块，第三滑块和两根第三导向滑杆滑动连接，第三滑块和第三丝杠螺纹传动连接，第三滑块的后侧面固定连接有一块沿左右方向设置的第二竖向连接板，第二竖向连接板的下端穿过前侧的导向长孔，第二竖向连接板的后侧面安装有第二升降组件；第二升降组件包括两根第四导向滑杆、第四丝杠、第二垂直进给电机和第四滑块，两根第四导向滑杆和第四丝杠均竖向设置，两根第四导向滑杆的上下两端分别固定连接在第二竖向连接板的后侧面的上侧部和下侧部，第四丝杠的上下两端分别转动安装在第二竖向连接板的后侧面的上侧部和下侧部，两根第四导向滑杆前后间隔设置，第四丝杠位于两根第四导向滑杆的中间，第二垂直进给电机固定安装在第二竖向连接板的后侧面的上侧部，第二垂直进给电机的动力输出轴的下端与第四丝杠的上端固定连接，两根第四导向滑杆和第四丝杠均穿过第四滑块，第四滑块和两根第四导向滑杆滑动连接，第四滑块和第四丝杠螺纹传动连接；裂缝测试组件包括激光发射器和激光接收器，激光发射器和激光接收器分别前后对应安装在两个第四滑块上；第一水平维压组件包括第一压力调节螺柱、第一压力传感器和第一压力调节板，第一压力调节螺柱和第一压力传感器均沿左右方向水平设置，第一压力调节板沿前后方向竖向设置，第一压力调节螺柱垂直穿过第一竖向连接板的中部，第一压力调节螺柱螺纹连接在第一竖向连接板上，第一压力调节螺柱的左端转动安装在第一压力传感器的右端，第一压力传感器的左端固定连接在第一压力调节板的右侧面中部，第一压力调节板的高度小于第二竖向支撑梁的高度，第一压力调节板的下侧边和试验台的上表面之间的距离为2-5mm，第一压力调节板和升降式压力调节板左右对应；第一垂直维压组件包括第二压力调节螺柱、第二压力传感器和第二压力调节板，第二压力调节螺柱和第二压力传感器均竖向设置，第二压力调节板沿左右方向水平设置，第二压力调节螺柱垂直穿过第三连接板的中部，第二压力调节螺柱螺纹连接在第三连接板上，第二压力调节螺柱的下端转动安装在第二压力传感器的上端，第二压力传感器的下端固定连接在第二压力调节板的上表面中部，第二压力调节板的长度小于第二横向支撑梁的长度。 7.根据权利要求6所述的煤样渗透率计算模拟试验装置，其特征在于：维压渗透模块包括第二鼓风机和维压箱，第二鼓风机固定安装在第一横向支板的上表面，第二鼓风机的出风口和维压箱之间连接有一根鼓风管，鼓风管上沿气体流动方向依次设置有控制球阀、进风流量计和进风压力表，维压箱包括第二横向支板、左立板和右立板，第二横向支板沿左右方向水平设置，第二横向支板的下侧面右前侧和右后侧分别通过一根第三竖向支撑梁固定连接在两根第二横向支撑梁的上表面右侧部，第二横向支板的左侧固定连接在右侧的两根第一竖向支撑梁的右侧面上侧部，左立板和右立板均沿前后方向竖向设置，左立板的下侧面和右立板的下侧面分别固定连接在第二横向支板的上表面左侧部和右侧部，左立板和右立板结构相同且左右对称设置，左立板的右侧面设有凹槽，鼓风管连接在左立板的左侧面中部且与凹槽连通，第二横向支板的上表面中部连接有C型支板，C型支板沿前后方向竖向设置且豁口朝下，C型支板的前侧板和后侧板前后对称安装有第二水平维压组件，前侧的第二水平维压组件包括第三压力调节螺柱、第三压力传感器和第三压力调节板，第三压力调节螺柱和第三压力传感器均沿前后方向水平设置，第三压力调节板沿左右方向竖向设置，第三压力调节螺柱垂直穿过C型支板的前侧板的中部，第三压力调节螺柱螺纹连接在C型支板的前侧板上，第三压力调节螺柱的后端转动安装在第三压力传感器的前端，第三压力传感器的后端固定连接在第三压力调节板的前侧面中部，C型支板的上侧板安装有第二垂直维压组件，第二垂直维压组件包括第四压力调节螺柱、第四压力传感器和第四压力调节板，第四压力调节螺柱和第四压力传感器均竖向设置，第四压力调节板沿左右方向水平设置，第四压力调节螺柱垂直穿过C型支板的上侧板的中部，第四压力调节螺柱螺纹连接在C型支板的上侧板上，第四压力调节螺柱的下端转动安装在第四压力传感器的上端，第四压力传感器的下端固定连接在第四压力调节板的上表面中部，第二横向支板、左立板、右立板、两块第三压力调节板和第四压力调节板围成维压箱，右立板的右侧面安装有与右侧的凹槽连通的渗吸测试压力表。 8.如权利要求7中所述的煤样渗透率计算模拟试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）、加热风干煤样块，使煤样块产生裂缝：将制作好的煤样块放置在两排加热电阻棒之间的试验台的上表面，煤样块由褐煤制成，将各个加热电阻棒通电对煤样块加热，同时启动三个第一鼓风电机，三个第一鼓风电机鼓吹空气，鼓吹的空气经各个加热电阻棒加热成热空气，煤样块在热空气作用下风干，煤样块内部产生裂缝；（2）、对风干后的煤样块进行多次切片，并将切好的煤片推至维压裂缝测试模块的位置，对每块煤片进行维压裂缝测试，再将每块煤片的裂缝成像进行三维拼接实现对煤样块整体的内部裂缝成像；（3）、重复步骤（1），再将风干后的煤样块放置在维压箱中，启动第二鼓风机进行维压渗透测试。 9.根据权利要求8中所述的煤样渗透率计算模拟试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（2）具体为：煤样块风干后，关闭各个加热电阻棒和第一鼓风电机，同时启动两个第一垂直进给电机和两个走丝电机，第一垂直进给电机的动力轴正转并驱动第二丝杠转动，第二丝杠传动第二滑块沿第二导向滑杆向下移动，第二滑块带动各根支撑杆向下移动，支撑杆带动两个走丝电机向下移动，两个走丝电机通过L型支杆带动线切割铜丝向下移动，两个走丝电机的动力轴同步转动，从而两个主动滚轮同步转动，两个主动滚轮带动线切割铜丝转动，如此，线切割铜丝向下对煤样块进行一次切片，完成一次切片后，关闭两个走丝电机，同时使两个第一垂直进给电机反转，从而使第二滑块在第二丝杠的驱动下向上移动，进而带动各根支撑杆向上移动，各根支撑杆带动两个走丝电机向上移动，两个走丝电机通过L型支杆带动线切割铜丝向上移动，再将锁紧螺母拧松，使升降式压力调节板向下移动至试验台的上表面下侧，启动推煤气缸，推煤气缸的活塞杆向右伸出，则竖向推板将切好的煤片向右推至调节长孔的右侧，使煤片位于激光发射器和激光接收器之间，然后将升降式压力调节板向上移动位于试验台的上表面上侧，拧紧锁紧螺母从而将升降式压力调节板固定在调节座上，从而使煤片位于第一压力调节板、第二压力调节板、升降式压力调节板和试验台的上表面围成的维压空间内，通过第一压力调节螺柱和第二压力调节螺柱可分别调节第一压力调节板和第二压力调节板的维压压力，进而模拟不同高度的煤储层，初始时第一压力传感器和第二压力传感器显示的维压压力为0；激光发射器和激光接收器分别固定在前侧和后侧的第四滑块上，如此，激光发射器和激光接收器分别位于两个平面移动系统上并同步移动，当煤片上存在裂缝时，激光发射器发射的激光便会通过裂缝射向激光接收器，两块第四滑块在所在平面上同步连续移动，从而使激光发射器和激光接收器对煤片整体的裂缝成像，通过第一压力调节螺柱和第二压力调节螺柱分别调节第一压力调节板和第二压力调节板的维压压力，第一压力调节板和第二压力调节板对煤片进行维压时，煤片中的裂缝收缩变小，再次通过激光发射器和激光接收器对不同维压条件下煤片整体收缩后的裂缝成像；通过转动两个转动手轮使两个第一滑块同步分别沿前后方向在相应的两根第一导向滑杆上滑动，进而使两套第一升降组件、两个走丝电机、线切割铜丝和推煤组件均向后移动，线切割铜丝移动至煤样块正上方，然后再切片，每次移动距离与左侧的相邻两根加热电阻棒之间的间隙宽度相同从而保证每块煤片的厚度相同，如此完成多次切片，并对每块煤片均进行裂缝成像，再将每块煤片的裂缝成像进行三维拼接实现对煤样块整体的内部裂缝成像。 10.根据权利要求8中所述的煤样渗透率计算模拟试验装置的试验方法，其特征在于：步骤（3）具体为：重复步骤（1）得到风干的煤样块，将煤样块放入维压箱内，启动第二鼓风机，开启控制球阀，第二鼓风机鼓入到维压箱内的空气流量和压力分别通过进风流量计和进风压力表测出，空气在维压箱内经煤样块渗吸后，通过渗吸测试压力表测出渗吸后的空气压力，由于维压箱内的空间体积不变，如此根据前后的空气压力可计算求得渗透前后的空气质量，从而计算得到煤样块的真实渗透率，通过调节第三压力调节螺柱和第四压力调节螺柱得到不同维压压力下煤样块的真实渗透率的变化。
所属类别：	发明专利