用于测定球向流场瓦斯流量的实验装置的制作方法

本实用新型涉及测定瓦斯流量的实验装置，具体是一种用于测定球向流场瓦斯流量的实验装置。

背景技术：

矿井瓦斯涌出、煤与瓦斯突出、瓦斯抽采及煤层瓦斯压力与含量测定都与瓦斯解吸有关，当煤层中的瓦斯压力分布不均时，在煤层中往往就会形成一定的瓦斯流动范围，这一范围通常被称为流场，在煤矿井下，当煤层壁面暴露后，煤层内的高压瓦斯会从暴露壁面涌出，该瓦斯流动在煤层内所形成的流场与暴露壁面的几何形状密切相关，当暴露壁面呈平面状，则形成单向流场，瓦斯沿一个方向流动；当暴露壁面呈柱面状，则形成径向流场，瓦斯从四周向圆心方向流动；当暴露壁面呈球面状，则形成球向流场，瓦斯从四周向球心流动。

在不同的流场条件下，即使煤层的赋存条件和暴露面积完全相同，其瓦斯流量也存在着差异，这种差异性，中国矿业大学的周世宁教授等从理论上进行了分析；理论分析所得出的计算公式比较复杂，实用性不是很强。

对于煤样瓦斯解吸流动实验装置的研发，在公开的资料文献上，有很多发明装置，但是，它们基本都是用罐装煤，然后在不同条件下进行解吸，测定瓦斯流量，其瓦斯在煤样内的流动都是单向流动，形成单向流场，而有关球向流场条件的瓦斯解吸、流动实验装置还没有，因此对其他类型的瓦斯流场的研究无法实现，影响瓦斯解吸规律研究结果的全面性和准确性。

因此，为了研究瓦斯在不同流场条件下的流动差异性，便于在煤矿工程应用中人为制造有利于瓦斯治理和利用的瓦斯流场形态，探索出一种能够实现煤样瓦斯呈球向流动的瓦斯流量测定实验装置就显得尤为迫切。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决上述问题，从而提供一种能够实现煤样瓦斯呈球向流动的用于测定球向流场瓦斯流量的实验装置。

本实用新型解决所述问题，采用的技术方案是：

一种用于测定球向流场瓦斯流量的实验装置，包括煤样罐、置于煤样罐罐体内的煤样，煤样罐罐体为空腔半球体，煤样罐罐体内设有置于上层煤样中的半球形铁丝网模具，半球形铁丝网模具开口端外部套装有覆盖在煤样上的塑料盖，煤样罐罐盖上设有与半球形铁丝网模具内部连通的通孔并通过气体流通管道连接有瓦斯罐，气体流通管道上分别设有流量计、压力表和阀门。

采用上述技术方案的本实用新型，与现有技术相比，其突出的特点是：

①实现了瓦斯在煤样内的球向流动，使实验条件更多地符合煤矿生产实际情况，提高了瓦斯解吸规律研究结果的全面性和准确性，不仅对瓦斯解吸规律研究具有重要意义，而且对矿井瓦斯涌出、煤与瓦斯突出、瓦斯抽采及煤层瓦斯压力与含量测定研究也具有重要意义。

②可专门用于测定球向流场瓦斯流量，为瓦斯流动方面的科学研究提供实验手段，有利于瓦斯灾害防治与利用新技术的探索。

作为优选，本实用新型更进一步的技术方案是：

塑料盖外圈与煤样罐罐体内壁之间设有脱脂棉，可确保煤样解吸出来的瓦斯只能从半球形铁丝网模具流向气体流通管道。

煤样罐罐体内底部设有垫子。

半球形铁丝网模具位于煤样罐罐体内的中心。

半球形铁丝网模具内部通过胶带粘贴有塑料支撑物，以确保半球形铁丝网模具保持固定形状，防止其变形。

阀门包括设在流量计的连接管路上的第一阀门、设在流量计与压力表之间的气体流通管道上的第二阀门、设在压力表与瓦斯罐之间的气体流通管道上的第三阀门。

还包括计时器，用于观察不同时刻的瓦斯流量。

煤样罐罐体底部设有托架，用于支撑煤样罐整体，保持其实验过程中的稳定性。

附图说明

图1 是本实用新型实施例结构示意图；

图2 是本实用新型实施例半球形铁丝网模具与塑料支撑物连接的结构示意图；

图中：煤样罐罐体1；半球形铁丝网模具2；垫子3；煤样4；塑料盖5；脱脂棉6；煤样罐罐盖7；标准螺丝8；气体流通管道9；第一阀门10；流量计11；第二阀门12；压力表13；第三阀门14；瓦斯罐15；计时器16；塑料支撑物17；托架18。

具体实施方式：

下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，目的仅在于更好地理解本实用新型内容，因此，所举之例并不限制本实用新型的保护范围。

参见图1、图2，煤样罐罐盖7通过标准螺丝8与煤样罐罐体1固定连接，煤样罐罐体1为空腔半球体，煤样罐罐体1底部设有托架18，托架18用于支撑煤样罐整体，保持其实验过程中的稳定性，煤样罐罐体1内设有置于上层煤样4中的半球形铁丝网模具2，半球形铁丝网模具2开口端外部套装有覆盖在煤样4上的塑料盖5，半球形铁丝网模具2位于煤样罐罐体1内的中心，且两者同球心，可以确保放置于两者之间的煤样为一个半球体，半球形铁丝网模具2内部通过胶带粘贴有塑料支撑物17，以确保半球形铁丝网模具2保持固定形状，防止其变形，煤样罐罐盖7上设有与半球形铁丝网模具2内部连通的通孔并通过气体流通管道9连接有瓦斯罐15，气体流通管道9上分别设有流量计11、压力表13、阀门，阀门包括设在流量计11的连接管路上的第一阀门10、设在流量计11与压力表13之间的气体流通管道9上的第二阀门12、设在压力表13与瓦斯罐15之间的气体流通管道9上的第三阀门14，气体流通管道9、阀门、流量计11、压力表13和瓦斯罐15组成的系统，既可以为煤样4的瓦斯吸附提供高压气体，准确测定吸附平衡时的气体压力，又可以为煤样4的瓦斯解吸，提供测量手段，测定不同时刻的瓦斯流量，塑料盖5外圈与煤样罐罐体1内壁之间设有脱脂棉6，可确保煤样4解吸出来的瓦斯只能从半球形铁丝网模具2流向气体流通管道9，煤样罐罐体1内底部设有垫子3，计时器16独立放置。

煤样罐罐体1为空腔半球体，制作材料为不锈钢；半球形铁丝网模具2的铁丝网为40目，以防止煤屑进入，垫子3的制作材料为塑料，煤样4为烟煤，粒径1-3mm，煤样罐罐盖7为一个不锈钢盖子，与煤样罐罐体1相匹配，标准螺丝8带有螺栓和螺母，气体流通管道9为一组管道，制作材料为不锈钢，第一阀门10、第二阀门12、第三阀门14均为RQZ系列安全切断阀，流量计11为浮子流量计，压力表13的型号为YTXC-150-Z，瓦斯罐15为高压甲烷储气瓶，计时器16为秒表。

当煤层壁面暴露后，煤层内的高压瓦斯会从暴露壁面涌出，该瓦斯流动在煤层内所形成的流场与暴露壁面的几何形状密切相关，当暴露壁面呈球面状，则形成球向流场，由于煤样层内设置半球形铁丝网模具2，就相当于在煤样层中构造成一个球面状暴露壁面，从而确保其周围煤样层中的瓦斯通过半球形铁丝网模具2向气体流通管道9涌出，呈球向流动形式。

实验方法：预先将垫子3放置在煤样罐罐体1内，在煤样罐罐体1内放入煤样4，再将半球形铁丝网模具2置于上层煤样4中，同时将套装在半球形铁丝网模具2开口端外部的塑料盖5覆盖在煤样层上；

用脱脂棉6密封塑料盖5和煤样罐罐体1之间的缝隙；

拧上煤样罐罐盖7，并用标准螺丝8将其与煤样罐罐体1固定在一起，联接气体流通管道9和煤样罐罐盖7；

将第一阀门10、流量计11、第二阀门12、压力表13、第三阀门14和瓦斯罐15依次联接在气体流通管道9上；

关闭第一阀门10，打开瓦斯罐15、第二阀门12和第三阀门14，通过气体流通管道9向煤样罐罐体1内注入高压气体，持续半小时候，关闭瓦斯罐15、第三阀门14；观察压力表13的读数，直至该读数基本稳定（吸附平衡）为止；

打开第一阀门10，通过流量计11和计时器16观察不同时刻的瓦斯流量；在打开第一阀门10的瞬间，流量计11显示的读数应为半球形铁丝网模具2中间自由瓦斯的流动，随后才是煤样4的解吸瓦斯流动，重点采集后者。

本实验装置实现了瓦斯在煤样417内的球向流动，使实验条件更多地符合煤矿生产实际情况，提高了瓦斯解吸规律研究结果的全面性和准确性，不仅对瓦斯解吸规律研究具有重要意义，而且对矿井瓦斯涌出、煤与瓦斯突出、瓦斯抽采及煤层瓦斯压力与含量测定研究也具有重要意义，可专门用于测定球向流场瓦斯流量，为瓦斯流动方面的科学研究提供实验手段，有利于瓦斯灾害防治与利用新技术的探索。

以上所述仅为本实用新型较佳可行的实施例而已，并非因此局限本实用新型的权利范围，凡运用本实用新型说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本实用新型的权利范围之内。