一种含水煤层微波注热增透距离测试装置及测试方法

本发明涉及微波注热煤层的增透，具体为一种含水煤层微波注热增透距离测试装置及测试方法。

背景技术：

1、煤层普遍面临的孔隙结构发达、瓦斯含量高、渗透性差等低透气性等难题是制约煤炭高效安全开采和瓦斯资源化利用的主要因素。考虑到微波加热的高效性与环境友好性，许多学者致力于将此技术应用到强化瓦斯抽采领域。

2、目前微波注热下煤层的热响应规律尚未明确，煤体在微波场内的研究多数都停留在对升温现象的阐述，对不同微波功率引起的热量变化和最佳条件等仍存在争议，同时也对不同距离和含水煤层在微波场内的传热特性和衰减特征等缺乏定性和定量的判定依据。此外，忽略了不同距离下，含水煤体中多相流体在微波热效应下所产生的膨胀力和热梯度驱动力，与微波注热距离之间的响应程度，更没有将煤中多相流体的热驱动响应与不同距离下含水率的影响联系在一起。因此，深入探究微波注热下不同含水率煤体的热量产生、传递特征具有重大的理论和实际意义，对于工程应用中，选择合适的温度段、控制加热时间、节省微波能量等具有重要指导作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于为了解决上述背景技术提出的问题的问题，而提出一种含水煤层微波注热增透距离测试装置及测试方法，从而对比不同含水率的煤体在微波场内不同距离的变化情况，探究微波场内的传热特性和衰减特征，确定微波注热增透的最佳条件。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种含水煤层微波注热增透距离测试装置，包括微波传输发射系统和距离测试箱体，所述微波传输发射系统包括工业微波炉、波导、传输天线和微波发射器；所述距离测试箱体包括铅箱、煤柱和碎煤混合层；

3、所述工业微波炉通过波导和传输天线与微波发射器连接，微波发射器设置在铅箱的内部，铅箱的内部等间距放置有若干个煤柱以及铺设有碎煤混合层，且碎煤混合层的层高于煤柱齐平；

4、所述工业微波炉用于依据设置微波功率和作用时间，产生微波，微波由波导并经传输天线和微波发射器后，传入铅箱中，作用于模拟煤层。

5、作为本发明的一种优选实施方式，所述工业微波炉的输出功率为0.1～5.6kw，频率为2.45ghz；所述波导由轻质碳纤维复合材料制成。

6、作为本发明的一种优选实施方式，所述铅箱为使用纯度为99.99和厚度为6mm的铅板制成；所述煤柱为φ50mm×100mm的标准煤柱，煤柱的间距为100mm；所述碎煤混合层为200目煤粉和直径为6～13mm碎煤的1：1混合物。

7、作为本发明的一种优选实施方式，所述装置的测试方法包括：

8、步骤一：使用真空饱水机分别将煤柱进行饱水处理，使用差量法，以达到不同含水率，饱水结束后将煤柱放入核磁共振仪中分析；

9、步骤二：将分析后的相同含水率煤柱，保持间距的同时，分批逐个放入铅箱中，再往铅箱中铺设碎煤混合层，其层高与煤柱齐平，为100mm，从而模拟真实煤层情况；

10、步骤三：打开工业微波炉，并设置微波功率和作用时间，微波由波导，经传输天线和微波发射器后，传入铅箱中，作用于模拟煤层；

11、步骤四：微波注热完成后，打开铅箱，取煤柱再次放入真空饱水机中，微波注热后的煤柱饱水时间设为预设时长；

12、步骤五：波注热后的煤柱饱水结束后，再次将其放入核磁共振仪中分析，并与原始煤柱进行对分析；

13、步骤六：将不同含水率煤柱重复步骤一至步骤五，从而确定不同含水率下，微波注热的最佳处理距离和条件。

14、作为本发明的一种优选实施方式，所述不同含水率分别为3％、5％、8％、10％和15％；真空饱水机的压强为1mp，饱水时间为6-24小时；差量法为质量差法，原始煤柱重量为x，饱水后煤柱增加的重量δx，δx/x即为含水率。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、本发明采用微波，传波系统和煤柱，碎煤混合层相结合的方式，波导尽可能保证传输微波的同时将损耗减小，再经传输天线和微波发射器后，微波作用于煤柱和碎煤混合层所模拟的真实煤层中。同时，铅箱也避免了微波外泄损耗和微波辐射伤害，提高注热效率，有效节约能量，降低测试的危险性，减少对环境造成的污染。

17、2、本发明利用先进的核磁共振仪对比和分析微波注热前后煤柱的变化情况，用较为直观的实验现象和数据对相同含水煤柱在不同距离下对微波注热的响应程度。同时可根据模拟煤层的实际情况来调解微波输出功率、注热时间和注热距离，最终能实现测试不同含水率煤层对微波注热距离的影响。进而可以根据煤层的不同含水情况，选择出最为适合的注热距离和微波功率用于当前煤层增透。

技术特征：

1.一种含水煤层微波注热增透距离测试装置，包括微波传输发射系统和距离测试箱体，其特征在于，所述微波传输发射系统包括工业微波炉(1)、波导(2)、传输天线(3)和微波发射器(4)；所述距离测试箱体包括铅箱(5)、煤柱(6)和碎煤混合层(7)；

2.根据权利要求1所述的一种含水煤层微波注热增透距离测试装置，其特征在于，所述工业微波炉(1)的输出功率为0.1～5.6kw，频率为2.45ghz；所述波导(2)由轻质碳纤维复合材料制成。

3.根据权利要求2所述的一种含水煤层微波注热增透距离测试装置，其特征在于，所述铅箱(5)为使用纯度为99.99和厚度为6mm的铅板制成；所述煤柱(6)为φ50mm×100mm的标准煤柱，煤柱(6)的间距为100mm；所述碎煤混合层(7)为200目煤粉和直径为6～13mm碎煤的1：1混合物。

4.根据权利要求3所述的一种含水煤层微波注热增透距离测试装置，其特征在于，所述装置的测试方法包括：

5.根据权利要求4所述的一种含水煤层微波注热增透距离测试装置，其特征在于，所述不同含水率分别为3％、5％、8％、10％和15％；真空饱水机的压强为1mp，饱水时间为6-24小时；差量法为质量差法，原始煤柱(6)重量为x，饱水后煤柱(6)增加的重量δx，δx/x即为含水率。

技术总结
本发明公开了一种含水煤层微波注热增透距离测试装置及测试方法，涉及微波注热煤层的增透技术领域，由工业微波炉、波导、传输天线、微波发射器、铅箱、煤柱和碎煤混合层组成。该方法将原始煤柱饱水并分析后，保持一定间距的同时，逐个放入铅箱中，并铺设与煤柱等高的碎煤混合层。然后，打开工业微波炉，微波由波导经传输天线和微波发射器后，作用于模拟煤层。微波注热结束后，打开铅箱，取注热煤柱先饱水24h后再放入核磁共振仪中，最后将实验结果与原始煤柱的对比分析。对判定不同距离下，相同含水率煤柱对微波场的响应程度提供了定性和定量依据，为深入探究微波注热下相同含水率煤体在不同距离的热量产生、传递特征具有重大的理论和实际意义。

技术研发人员：李贺,吴郗,刘猛,洪溢都,刘厅,路洁心,鲁义,林柏泉,杨威,王正
受保护的技术使用者：湖南科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1