1.深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统,包括用于盛装煤样的煤样夹持器,其特征在于:
煤样夹持器设置于低场核磁共振仪内,低场核磁共振仪的线圈设置于煤样夹持器处,低场核磁共振仪的线圈连接有工控计算机;
煤样夹持器通过连接管路连接有用于在煤样夹持器内产生围压和高温的高温高压装置,煤样夹持器通过气体管路连接有气罐机构和用于对气体管路抽真空的真空组件,气罐机构出口处气体管路上串联有增压泵;煤样夹持器进口处的气体管路上设有第一压力表和第一阀门;
气罐机构包括用于保证同时性的三通阀、瓦斯气罐组件、氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件;三通阀具有出口、第一进口和第二进口;
瓦斯气罐组件、氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件的结构相同,均包括用于盛装对应气体的气罐,气罐的出气口连接有出气管,出气管上设有减压阀、出气阀和出气压力表,出气阀位于出气压力表和气罐之间;
瓦斯气罐组件的出气管与三通阀的第一进口相连接,三通阀的第二进口连接有出气总管,氮气气罐组件、二氧化碳气罐组件和氦气气罐组件的出气管均与出气总管相连通;三通阀的出口作为气罐机构的出口连接气体管路。
2.根据权利要求1所述的深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统,其特征在于:增压泵与煤样夹持器之间的气体管路连接有稳压管路,稳压管路连接有稳压罐;稳压管路上设有第二压力表、精密流量计和第二阀门。
3.根据权利要求1所述的深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统,其特征在于:
气体管路通过排气管连接有排气装置,排气管路上设有排气阀;排气装置包括水槽,水槽内盛有水,水槽内设有开口向下的玻璃管,玻璃管内充满水,玻璃管的下端开口位于水槽内的水面下方;排气管的末端敞口并伸入玻璃管内;玻璃管侧壁由上至下设有用于指示体积的刻度线。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统,其特征在于:真空组件包括真空泵,真空泵的进气口连接有抽真空管路,抽真空管路与气体管路相连接;抽真空管路上设有第三阀门。
5.使用权利要求4中的深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统进行的实验方法,其特征在于按以下步骤进行:
第一步骤是制备煤样,在不同的离心力条件下制备出多组煤样,每组煤样在制备时的离心力条件相同,每组煤样中的各煤样为相同煤样;不同组的煤样为不同煤样;
第二步骤是检查系统气密性;
第三步骤是系统抽真空;
第四步骤是开机测试;氮气、二氧化碳和氦气均为竞争性气体;
采用氮气、二氧化碳和氦气中的一种或多种,与瓦斯气体同时注入煤样夹持器中,进行竞争吸附实验,得到煤样的t2谱图、孔隙率、渗透率和孔径分布数据;
第五步骤是更换相同煤样,重复第一至第四步骤,在第四步骤中,采用不同的竞争性气体或竞争性气体的组合,进行竞争吸附实验;
重复第一至第五步骤,直到对同样的煤样做完预定的各种竞争性气体或竞争性气体的组合条件下的竞争吸附实验;
第六步骤是更换不同煤样,重复第一至第五步骤,直到对该种煤样做完预定的各种竞争性气体或竞争性气体的组合条件下的竞争吸附实验;
第七步骤是重复第一至第六步骤,直到对所有组别的煤样做完预定的各种竞争性气体或竞争性气体的组合条件下的竞争吸附实验。
6.根据权利要求5所述的实验方法,其特征在于:
第一步骤中,将采割的煤块制成25mm×50mm规格的柱状煤样,并对制好的煤样进行称重,记录原始质量m1,再将煤样放入无水真空室中保持12小时,再将煤样放入蒸馏水中浸泡,直到煤样质量不再增加时对煤样进行称重,记录饱水煤样质量m2;再将煤样放入离心设备中,启动离心设备,在预定离心力条件下处理30分钟;
重复以上过程,在同样的离心力条件下制作多个相同煤样;制备第一组煤样时离心力为零;
根据实验设计,对于每一个预定的离心力条件,调节离心设备的离心力至预定值,重复以上过程,在新的预定的离心力条件下制作多个相同的煤样。
7.根据权利要求5所述的实验方法,其特征在于:
第二步骤中,
打开氦气气罐组件的出气阀、三通阀、第一阀门和第二阀门,关闭排气阀和第三阀门,关闭瓦斯气罐组件、氮气气罐组件和二氧化碳气罐组件的出气阀,在氦气进入气体管路、稳压罐和煤样夹持器后,关闭氦气气罐组件的出气阀;
观察第一压力表的示数,在压力稳定后记录压力值p1,然后在8小时后观察第一压力表的示数p2,p2/p1≥0.99表明气密性良好;如果p2/p1<0.99,则对深部煤体气体竞争吸附的核磁共振实验系统进行检漏作业,确保在气密性良好的条件下进行后续实验。
8.根据权利要求5所述的实验方法,其特征在于:
第三步骤是打开第一阀门、第二阀门和第三阀门,关闭三通阀和排气阀,对煤样夹持器、稳压罐和气体管路进行抽真空,本步骤持续30±2分钟;
第四步骤是打开工控计算机,打开瓦斯气罐组件的出气阀,打开氦气气罐组件的出气阀和/或氮气气罐组件的出气阀和/或二氧化碳气罐组件的出气阀,释放预定种类的竞争性气体,预定种类的竞争性气体和瓦斯均到达三通阀处;
打开三通阀,使瓦斯和预定种类的竞争性气体同时进入气体管路中,进而进入稳压罐和煤样夹持器中,进行竞争吸附实验。