一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统的制作方法

本实用新型属于模拟实验设备技术领域，具体涉及一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统。

背景技术：

煤层瓦斯是煤矿的伴生气体，主要成分是甲烷，是造成煤矿井下事故发生的主要原因之一。甲烷随着煤层的开采泄漏到大气中，也会加剧全球的温室效应。利用飞速发展的微生物技术，在煤层开采之前，使用微生物菌液降解煤层中的瓦斯，减少煤层开采时的瓦斯涌出量，使治理瓦斯的关口前移，将极大地消除煤层开采过程中的安全隐患和减缓温室效应。

目前，气态污染物的生物净化是利用微生物菌液将废气中的有毒、有害物质转化为简单的无机化合物及细胞质的过程，通常是将气态污染物注入充满微生物菌液的反应池中，经过微生物菌液的代谢分解，降低气态污染物的毒性，这个过程是无高压、开放式的环境。而如果利用微生物菌液净化固态煤层中的甲烷，需要在高压封闭的环境中进行，因此，需要提供一种将微生物菌液注入固态煤层的利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，能够实现模拟将微生物菌液注入固态煤层的过程，通过对实验的气态产物和液态产物进行分析测定、计算净化效率，能够有效推动对微生物菌液净化煤层甲烷的技术研究，能够为煤层开采实际应用提供有效的实验数据。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：包括实验装置和与所述实验装置连接的控制装置，所述实验装置包括实验箱、设置在实验箱内的参照缸和装有煤层样品的样品缸，以及用于向所述参照缸和样品缸中加入微生物菌液的计量泵，所述参照缸通过流通管与样品缸连通，装有保护气体的第一气瓶和装有甲烷的第二气瓶均通过进气管与所述参照缸连接，真空泵通过抽真空管与所述样品缸连接，所述计量泵通过进液管路与参照缸和样品缸均连接，所述控制装置包括控制器和由所述控制器控制的阀组，以及均与所述控制器的输入端相连接的进液管路压力监测单元、参照缸压力监测单元和样品缸压力监测单元。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述进液管路压力监测单元、参照缸压力监测单元和样品缸压力监测单元均为压力传感器。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述参照缸和样品缸结构相同。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述进液管路包括进液总管、与所述参照缸连通的参照缸进液分管和与所述样品缸连通的样品缸进液分管。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述阀组包括计量泵进液阀、设置在进气管上的进气阀、安装在流通管上的平衡阀和设置在抽真空管上的抽真空阀，以及设置在所述进液总管上的进液总阀、设置在所述参照缸进液分管上的参照缸进液阀和设置在所述样品缸进液分管上的样品缸进液阀。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述参照缸和样品缸上均安装有排气管和排液管。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述阀组还包括安装在排气管上的排气阀和安装有排液管上的排液阀。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述实验箱的顶部内侧设置有用于调节所述实验箱内部温度的空调装置，所述实验箱内设置有用于支撑所述参照缸和样品缸的安装架。

上述的一种利用微生物菌液净化煤层甲烷的模拟实验系统，其特征在于：所述实验箱上设置有操作显示面板，所述操作显示面板与控制器相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过设置结构相同的参照缸与样品缸，且参照缸与样品缸连通，并在样品缸中加入煤层样品，通过进气管将装有保护气体的第一气瓶和装有甲烷的第二气瓶与参照缸连接起来，通过与样品缸连接的真空泵，实现参照缸与样品缸为真空条件的要求，利用计量泵向参照缸与样品缸中加入事先培养好的微生物菌液，使得样品缸中的已吸附甲烷的煤层样品与微生物菌液发生净化反应，设计合理，操作简单，能够实现模拟将微生物菌液注入固态煤层的过程，通过对实验的气态产物和液态产物进行分析测定、计算净化效率，能够有效推动对微生物菌液净化煤层甲烷的技术研究，能够为煤层开采实际应用提供有效的实验数据。

2、本实用新型通过控制装置实现对实验装置的温度、压力、流量进行实时显示和实时控制，通过在多个温度点、多个压力值的实验条件下，反复试验，能够得到大量的对比数据，实验数据丰富、实验精度高。

3、本实用新型参照缸与样品缸的封闭效果好，且参照缸与样品缸能够承受的最高压力为25MPa，保证了实验进行的安全性。

4、本实用新型通过排液管将微生物菌液回收，降低微生物菌液损耗，节约成本。

5、本实用新型的实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计合理，操作简单，能够实现模拟将微生物菌液注入固态煤层的过程，通过对实验的气态产物和液态产物进行分析测定、计算净化效率，能够有效推动对微生物菌液净化煤层甲烷的技术研究，能够为煤层开采实际应用提供有效的实验数据，且实验数据丰富、实验精度高。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型控制装置的电路原理框图。

图3为本实用新型实验箱的结构示意图。

附图标记说明:

1—第一气瓶； 2—第二气瓶； 3—实验箱；

3-1—空调装置； 3-2—安装架； 4—参照缸；

5—样品缸； 6—真空泵； 7—计量泵；

7-1—计量泵进液阀； 8—进气管； 8-1—进气阀；

9—排气管； 9-1—排气阀； 10—抽真空管；

10-1—抽真空阀； 11—流通管； 11-1—平衡阀；

12—进液管路； 12-1—参照缸进液阀； 12-2—样品缸进液阀；

12-3—进液总阀； 13—排液管； 13-1—排液阀；

14—控制器； 15—操作显示面板；

16—参照缸压力检测单元； 17—样品缸压力检测单元；

18—进液管路压力检测单元。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括实验装置和与所述实验装置连接的控制装置，所述实验装置包括实验箱3、设置在实验箱3内的参照缸4和装有煤层样品的样品缸5，以及用于向所述参照缸4和样品缸5中加入微生物菌液的计量泵7，所述参照缸4通过流通管11与样品缸5连通，装有保护气体的第一气瓶1和装有甲烷的第二气瓶2均通过进气管8与所述参照缸4连接，真空泵6通过抽真空管10与所述样品缸5连接，所述计量泵7通过进液管路12与参照缸4和样品缸5均连接，所述控制装置包括控制器14和由所述控制器14控制的阀组，以及均与所述控制器14的输入端相连接的进液管路压力监测单元18、参照缸压力监测单元16和样品缸压力监测单元17。

通过设置利用流通管11连通的参照缸4与样品缸5，在样品缸5中加入煤层样品，通过进气管8将装有保护气体的第一气瓶1和装有甲烷的第二气瓶2与参照缸4连接起来，通过与样品缸5连接的真空泵6，实现参照缸4和样品缸5为真空条件的要求，利用计量泵7向参照缸4和样品缸5中加入事先培养好的微生物菌液，能够实现模拟将微生物菌液注入固态煤层的过程。

本实施例中，优选的，所述保护气体为氦气。

本实施例中，优选的，所述微生物菌液为甲烷氧化菌液。

本实施例中，通过进液管路压力检测单元18、参照缸压力检测单元16和样品缸压力检测单元17对所述实验装置中的压力进行实时显示，并反馈至控制器14，再由控制器14控制并对压力进行调整，智能化程度高，有效提高了实验的效率和精度。

本实施例中，所述进液管路压力监测单元18、参照缸压力监测单元16和样品缸压力监测单元17均为压力传感器。

本实施例中，所述参照缸4和样品缸5结构相同，所述参照缸4和样品缸5的顶部均开设有进气孔和排气孔，所述参照缸4和样品缸5的底部均开设有进液孔和排液孔，所述参照缸4和样品缸5的侧壁上均开设有供所述流通管11连接的通气孔。

本实施例中，所述进液管路12包括进液总管、与所述参照缸4连通的参照缸进液分管和与所述样品缸5连通的样品缸进液分管。

本实施例中，所述阀组包括计量泵进液阀7-1、设置在进气管8上的进气阀8-1、安装在流通管11上的平衡阀11-1和设置在抽真空管10上的抽真空阀10-1，以及设置在所述进液总管上的进液总阀12-3、设置在所述参照缸进液分管上的参照缸进液阀12-1和设置在所述样品缸进液分管上的样品缸进液阀12-2。

本实施例中，所述参照缸4和样品缸5上均安装有排气管9和排液管13。

本实施例中，所述阀组还包括安装在排气管9上的排气阀9-1和安装有排液管13上的排液阀13-1。

如图3所示，所述实验箱3的顶部内侧设置有用于调节所述实验箱3内部温度的空调装置3-1，所述实验箱3内设置有用于支撑所述参照缸4和样品缸5的安装架3-2，通过空调装置3-1使得实验箱3内部温度实现不同实验温度的要求，操作便捷，且使用效果好。

本实施例中，所述实验箱3上设置有操作显示面板15。

如图2所示，所述操作显示面板15与控制器14相接。

本实用新型的工作过程为：

首先，将煤层样品装入样品缸5内，再将参照缸4和样品缸5密封，需要注意的是：参照缸4内不装入任何煤层样品。

其次，检查参照缸4和样品缸5的气密性。

调节空调装置3-1使实验箱3内部的温度达到30℃，关闭进气阀8-1、排气阀9-1、排液阀13-1和进液总阀12-3，开通平衡阀11-1、抽真空阀10-1、参照缸进液阀12-1和样品缸进液阀12-2，启动真空泵6，观察参照缸4的压力显示值和样品缸5的压力显示值是否一致，当二者读数达到-0.08MPa时，关闭抽真空阀10-1和真空泵6，等待8h后，观察参照缸4的压力显示值和样品缸5的压力显示值是否有变化，如无变化，说明参照缸4和样品缸5的气密性良好，符合实验要求的条件，关闭平衡阀11-1、参照缸进液阀12-1和样品缸进液阀12-2，如有变化，则需排查原因，并重复检查参照缸4和样品缸5的气密性，直至符合要求为止。

接着，依次打开第一气瓶1和进气阀8-1，使第一气瓶1内的氦气通过进气管8进入参照缸4，并观察参照缸4的压力显示值，待读数达到1MPa左右时，关闭进气阀8-1，稳定30min后，读取参照缸4的压力显示值，打开平衡阀11-1，稳定30min后，读取参照缸4的压力显示值和样品缸5的压力显示值，关闭平衡阀11-1。

需要注意的是：可以通过调整第一气瓶1内的氦气进入参照缸4的压力值为2MPa、3MPa、4MPa和5MPa的情况下，进行多次试验，并记录实验数据，通过气体状态方程即可计算出样品缸5内的空间体积。

再接着，打开平衡阀11-1和抽真空阀10-1，启动真空泵6，观察参照缸4的压力显示值和样品缸5的压力显示值是否一致，当二者的压力显示值均达到-0.08MPa时，依次关闭抽真空阀10-1、平衡阀11-1和真空泵6。

打开第二气瓶2和进气阀8-1，使第二气瓶2内的甲烷进入参照缸4，观察参照缸4的压力显示值，待读数达到2MPa左右时，关闭进气阀8-1，稳定30min后，读取参照缸4的压力显示值，打开平衡阀11-1，稳定8h后，分别读取参照缸4的压力显示值和样品缸5的压力显示值，关闭平衡阀11-1。

需要注意的是：可以通过调整第二气瓶2内甲烷进入参照缸4的压力值为3MPa、5MPa和8MPa的情况下，进行多次试验，并记录实验数据，获得多个压力情况下的实验数据。同时由于实验温度能够影响煤层样品吸附甲烷的能力和微生物菌液的活性，可以通过空调装置3-1调节工作箱3内部的温度获得多个温度情况下的实验数据。

然后，打开计量泵进液阀7-1，将所述微生物菌液注入计量泵7内，注入完毕后，关闭计量泵进液阀7-1；打开进液总阀12-3，启动计量泵7，此时，由进液管路压力检测单元18实时反馈进液管路12中的压力值，当进液管路压力检测单元18反馈的压力值高于参照缸4的压力显示值时，打开参照缸进液阀12-1，所述微生物菌液开始进入参照缸4，读取参照缸4的进液量显示值后，关闭参照缸进液阀12-1，打开样品缸进液阀12-2，所述微生物菌液开始进入样品缸5，读取样品缸5的进液量显示值后，待样品缸5的进液量与参照缸4的的进液量一致后，关闭样品缸进液阀12-2和计量泵7。

最后，待微生物菌液在参照缸4和样品缸5内充分反应后，打开排气阀9-1，通过排气管9分别收集参照缸4和样品缸5内的气态产物，打开排液阀13-1，通过排气管13分别收集参照缸4和样品缸5内的液态产物，将所述气态产物和液态产物进行物质成分及含量的测定，并计算净化效率。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。