本發(fā)明涉及一種適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試的實驗方法。

背景技術(shù)：

煤與瓦斯相互作用機理是瓦斯災(zāi)害防治領(lǐng)域研究的基礎(chǔ)科學(xué)問題，研究煤與瓦斯相互作用機理不但對礦井煤巖瓦斯動力災(zāi)害機理研究有指導(dǎo)作用,同時也對煤層氣的抽采提供重要的理論支撐。

目前，煤層氣開采主要是在煤層開采前或開采過程中利用各種鉆孔（地面鉆孔、本煤層鉆孔、頂?shù)装宕鱼@孔、鄰近層穿層鉆孔、采空區(qū)鉆孔等）對煤層氣進行抽采，必要時還要輔以水力或爆破等措施增加煤層透氣性，提高煤層氣抽采量。在地質(zhì)條件復(fù)雜的礦區(qū)，雖然煤層氣含量較高，但滲透性低，抽采困難，需要施工許多巖巷和鉆孔工程，花費大量的財力、物力和時間，造成煤礦采掘接替困難，大大增加了生產(chǎn)成本。

煤層氣大部分以物理吸附狀態(tài)存在于煤層中，低滲透煤層氣開采困難主要是煤層氣解吸和滲流困難，因此人為增加煤層透氣性是當(dāng)前煤層氣開采的主要方法。另一方面，煤體環(huán)境溫度升高，氣體熱焓增加，也會提高煤層氣的解吸量，這在其他吸附現(xiàn)象中也普遍存在，在一定條件下溫度對吸附/解吸甚至起著決定性作用。如果促使煤體升溫會促使煤層氣解吸，在煤層中滲流擴散也會驅(qū)動煤層氣流動，引起煤層氣解吸、滲流、煤體熱量傳遞等一系的變化，進而影響到煤層氣的開采。但對注熱過程中營造出高溫高壓環(huán)境下煤體的吸附解吸規(guī)律還不清楚，特別是對于在高溫高壓環(huán)境下煤體的吸附解吸過程中煤體變形情況，需要深入開展實驗和理論研究。因此針對以上情況，如何研究高溫高壓環(huán)境下煤體的吸附解吸過程中煤體變形情況，成為煤層瓦斯抽采技術(shù)領(lǐng)域亟需研究的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種能夠研究高溫高壓環(huán)境下煤體的吸附解吸過程中煤體變形情況的適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試的實驗方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試的實驗方法，該實驗方法使用適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試裝置進行，適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試裝置包括抽真空系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、吸附解吸變形測試系統(tǒng)和氣體計量系統(tǒng)；

抽真空系統(tǒng)包括真空泵和真空容器，真空泵的進氣口通過第一氣管與真空容器的出氣口連接，第一氣管上設(shè)有第一截止閥，真空容器的進氣口連接有第二氣管，第二氣管上沿氣流方向依次設(shè)有氣球和第二截止閥，氣球通過第三氣管與第二氣管連接，第三氣管上設(shè)有第三截止閥，真空容器上設(shè)有真空表；

注氣系統(tǒng)包括甲烷氣罐和高壓氦氣罐，甲烷氣罐通過第四氣管與吸附解吸變形測試系統(tǒng)的進氣端連接，第四氣管上沿氣流方向依次設(shè)有高壓表、第一減壓閥、低壓表、增壓泵、第四截止閥、單向閥、調(diào)壓閥、第五截止閥和第六截止閥，高壓氦氣罐通過高壓管與第四氣管連接，高壓管與第四氣管的連接處位于第四截止閥與單向閥之間，高壓管上設(shè)有第七截止閥；

氣體計量系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集控制電腦、電子天平、恒溫水罐和水箱，水箱位于恒溫水罐內(nèi)，恒溫水罐連接有注水管，注水管上設(shè)有第九截止閥，水箱上設(shè)有第一壓力表和第一溫度傳感器，水箱通過第六氣管與吸附解吸變形測試系統(tǒng)的出氣端連接，第六氣管上沿氣流方向依次設(shè)有第二壓力表、第二減壓閥、第十截止閥、制冷器、干燥器和第十一截止閥，水箱的底部連接有出水管，出水管上設(shè)有第十二截止閥，出水管的出水口位于電子天平的上方；數(shù)據(jù)采集控制電腦通過數(shù)據(jù)線分別與第一壓力表、第二壓力表、第一溫度傳感器和電子天平連接；

吸附解吸變形測試系統(tǒng)包括電阻應(yīng)變儀和密封恒溫箱，密封恒溫箱內(nèi)設(shè)有吸附解吸罐和平衡釜,吸附解吸罐包括罐體和罐蓋，罐蓋通過緊固螺栓連接在罐體的頂部，罐蓋與罐體之間的連接處設(shè)有耐高溫密封環(huán)，罐蓋上設(shè)有第三壓力表和第二溫度傳感器，罐體上設(shè)有四個安裝孔，每個安裝孔內(nèi)均設(shè)有一個空心螺栓，空心螺栓與安裝孔內(nèi)壁之間設(shè)有耐高溫密封圈，四個空心螺栓分別為進氣接頭、出氣接頭、導(dǎo)線接頭和備用接頭，罐體內(nèi)設(shè)有耐高溫電阻應(yīng)變片；電阻應(yīng)變儀通過穿設(shè)在導(dǎo)線接頭內(nèi)的數(shù)據(jù)線與耐高溫電阻應(yīng)變片連接；甲烷氣罐通過第四氣管與平衡釜連接，平衡釜上設(shè)有第四壓力表和第三溫度傳感器；吸附解吸罐的進氣接頭通過第五氣管與第四氣管連接，第五氣管與第四氣管的連接處位于第五截止閥和第六截止閥之間；第五氣管上設(shè)有第八截止閥；吸附解吸罐的出氣接頭通過第六氣管與氣體計量系統(tǒng)連接；第三壓力表、第四壓力表、第二溫度傳感器、第三溫度傳感器和電阻應(yīng)變儀分別通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集控制電腦連接；

適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試的實驗方法，包括以下步驟：

（1）、測量計算平衡釜的體積v釜和吸附解吸罐的體積v罐；

（2）、安裝煤樣：將從煤層取出的原煤按照罐體的容積制作成長方體或圓柱體的煤樣，并將耐高溫電阻應(yīng)變片安裝在煤樣的表面，接著將煤樣放置于罐體內(nèi)，將耐高溫應(yīng)變片的數(shù)據(jù)線從導(dǎo)線接頭處引出后與電阻應(yīng)變儀連接；

（3）、測量吸附解吸罐內(nèi)的自由體積v自；

（4）、進行甲烷等溫定容煤樣吸附解吸變形測試；

（5）、進行甲烷變溫定壓煤樣吸附解吸變形測試；

（6）、進行甲烷變溫定容煤樣吸附解吸變形測試。

步驟（1）中測量平衡釜及吸附解吸罐體積的方法，包括以下步驟：

（1-1）、關(guān)閉密封恒溫箱以及所有的閥門，然后依次打開第六截止閥、第八截止閥、第一截止閥和第二截止閥，啟動真空泵對平衡釜和吸附解吸罐進行抽真空至真空度值到4pa以下，維持30min后關(guān)閉第六截止閥、第八截止閥、第一截止閥和第二截止閥；

（1-2）、打開高壓氦氣罐以及第七截止閥，高壓氦氣罐內(nèi)的氦氣經(jīng)高壓管進入第四氣管，經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)使得第四氣管內(nèi)的氦氣壓力為0.5mpa后，打開第五截止閥和第六截止閥，第四氣管內(nèi)的氦氣沖入平衡釜內(nèi)，待平衡釜內(nèi)的溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第四壓力表上顯示的值p1釜；接著關(guān)閉第六截止閥并打開第八截止閥，第四氣管內(nèi)的氦氣沖入吸附解吸罐內(nèi)，待吸附解吸罐內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第三壓力表上顯示的值p1罐，關(guān)閉高壓氦氣罐、第七截止閥、第五截止閥和第八截止閥，停止充氣作業(yè)；

（1-3）、打開第六截止閥和第八截止閥，待平衡釜與吸附解吸罐內(nèi)壓力穩(wěn)定后，記錄第三壓力表上顯示的值p1平，打開第三截止閥，平衡釜以及吸附解吸罐內(nèi)的氦氣經(jīng)第二氣管和第三氣管進入氣球內(nèi)，待氣球不再膨脹時關(guān)閉第三截止閥；

（1-4）、打開吸附解吸罐的罐蓋，放入體積已知v標(biāo)的實心標(biāo)準(zhǔn)件，重新將罐蓋密封安裝在罐體上，重復(fù)步驟（1-1）-（1-3），并記錄步驟（1-2）中第四壓力表上顯示的值p2釜、第三壓力表上顯示的值p2罐以及步驟（1-3）中平衡后第三壓力表上顯示的值p2平；

（1-5）、根據(jù)以下方程組計算平衡釜v釜以及吸附解吸罐v罐的體積，即：

重復(fù)步驟（1-1）-（1-5）五次，求取v釜和v罐的平均值。

步驟（3）中測量吸附解吸罐內(nèi)的自由體積v自的方法，包括以下步驟：

（3-1）、通過步驟（1-1）對平衡釜和吸附解吸罐進行抽真空處理；

（3-2）、打開高壓氦氣罐以及第七截止閥，高壓氦氣罐內(nèi)的氦氣經(jīng)高壓管進入第四氣管，經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)使得第四氣管內(nèi)的氦氣壓力為0.5mpa后，打開第五截止閥和第六截止閥，第四氣管內(nèi)的氦氣沖入平衡釜內(nèi)，待平衡釜內(nèi)的溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第四壓力表上顯示的值p1；接著關(guān)閉高壓氦氣罐、第七截止閥和第五截止閥，打開第八截止閥，平衡釜內(nèi)的氦氣經(jīng)第五氣管沖入吸附解吸罐內(nèi)，待吸附解吸罐內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第三壓力表上顯示的值p2；

（3-3）、根據(jù)波義耳定律計算吸附解吸罐內(nèi)的自由體積：

式中v自為吸附解吸罐內(nèi)的自由體積，單位cm³；p1為平衡釜中氦氣的初始壓力；p2為平衡釜中氦氣的剩余壓力；v釜為平衡釜的體積，單位cm³。

步驟（4）中進行甲烷等溫定容煤樣吸附解吸變形測試的方法，包括以下步驟：

（4-1）、通過步驟（1-1）對平衡釜和吸附解吸罐進行抽真空處理；

（4-2）、打開甲烷氣罐以及第四氣管上的第一減壓閥、增壓泵、第四截止閥和調(diào)壓閥，經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)后使得第四氣管內(nèi)的甲烷壓力恒定，且第四氣管內(nèi)的甲烷壓力值在1.0mpa~16mpa內(nèi)，之后打開第五截止閥和第六截止閥，使得甲烷進入平衡釜內(nèi)，當(dāng)平衡釜內(nèi)的壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉甲烷氣罐、第一減壓閥、增壓泵、第四截止閥、調(diào)壓閥、第五截止閥和第六截止閥，停止充氣作業(yè)，然后記錄此時平衡釜上第四壓力表上顯示的值p3；

（4-3）、打開電阻應(yīng)變儀并進行調(diào)零工作，接著打開第六截止閥和第八截止閥，平衡釜開始通過第五氣管向吸附解析罐內(nèi)通入甲烷氣體，耐高溫電阻應(yīng)變片采集數(shù)據(jù)并傳輸給電阻應(yīng)變儀，電阻應(yīng)變儀將采集的數(shù)據(jù)再傳輸給數(shù)據(jù)采集控制電腦，數(shù)據(jù)采集控制電腦記錄整個過程中數(shù)據(jù)的變化，待吸附平衡后，記錄此時吸附解吸罐上第三壓力表上的壓力值p4，根據(jù)以下方程式計算煤樣瓦斯吸附量

式中q吸為煤樣瓦斯吸附量（stp）,單位為cm³；z為氣體壓縮因子；r為氣體常數(shù)；t為標(biāo)況溫度；

（4-4）、關(guān)閉第六截止閥和第八截止閥，調(diào)節(jié)密封恒溫箱內(nèi)的溫度為吸附實驗溫度，接著打開第二減壓閥、第十截止閥、第十一截止閥和第十二截止閥，吸附解吸罐內(nèi)的解吸氣體通過第六氣管并經(jīng)制冷器和干燥器降溫干燥后進入水箱，開始煤樣解吸，解吸氣體通過第六氣管進入盛滿水的水箱并將水箱內(nèi)的水壓出，壓出的水經(jīng)出水管排至電子天平上，每隔1-3min記錄電子天平的示數(shù)，并記錄此時吸附實驗溫度、大氣壓以供校正使用，待解吸到電子天平上的示數(shù)每分鐘0.2㎎變化時停止；

（4-5）、調(diào)節(jié)改變平衡釜內(nèi)的壓力值，重復(fù)步驟（4-1）-（4-4）進行實驗,最終得到等穩(wěn)定容煤樣在不同氣體壓力下的吸附解吸量以及吸附解吸過程中煤樣的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

步驟（5）中進行甲烷變溫定壓煤樣吸附解吸變形測試的方法，包括以下步驟：

（5-1）、調(diào)節(jié)密封恒溫箱的溫度為t1，此為吸附實驗溫度，通過步驟（1-1）對平衡釜和吸附解吸罐進行抽真空處理；

（5-2）、打開甲烷氣罐以及第四氣管上的第一減壓閥、增壓泵、第四截止閥和調(diào)壓閥，經(jīng)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)后使得第四氣管內(nèi)的甲烷壓力恒定，且第四氣管內(nèi)的甲烷壓力值在1mpa~2mpa內(nèi)，之后打開第五截止閥和第六截止閥，使得甲烷進入平衡釜內(nèi)，當(dāng)平衡釜內(nèi)的壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉甲烷氣罐、第一減壓閥、增壓泵、第四截止閥、調(diào)壓閥、第五截止閥和第六截止閥，停止充氣作業(yè)，然后記錄此時平衡釜上第四壓力表上顯示的值p5；

（5-3）、打開電阻應(yīng)變儀并進行調(diào)零工作，接著打開第六截止閥和第八截止閥，平衡釜開始通過第五氣管向吸附解析罐內(nèi)通入甲烷氣體，耐高溫電阻應(yīng)變片采集數(shù)據(jù)并傳輸給電阻應(yīng)變儀，電阻應(yīng)變儀將采集的數(shù)據(jù)再傳輸給數(shù)據(jù)采集控制電腦，數(shù)據(jù)采集控制電腦記錄整個過程中數(shù)據(jù)的變化，保持第五氣管內(nèi)的甲烷氣體壓力為p6，在1h內(nèi)當(dāng)吸附解吸罐內(nèi)的壓力變化不超過0.02mpa時，認(rèn)為達到吸附平衡，記錄此時平衡釜上第四壓力表上的壓力值p7，根據(jù)以下方程式計算煤樣瓦斯吸附量

式中q吸為煤樣瓦斯吸附量（stp）,單位為cm³；z為氣體壓縮因子；r為氣體常數(shù)；t為標(biāo)況溫度；

（5-4）、關(guān)閉第六截止閥和第八截止閥，調(diào)節(jié)水箱內(nèi)的溫度為吸附實驗溫度，接著打開第六氣管上的第二減壓閥、第十截止閥和第十一截止閥，吸附解吸罐內(nèi)的解吸氣體通過第六氣管并經(jīng)制冷器和干燥器降溫干燥后進入水箱，開始煤樣解吸，解吸氣體通過第六氣管進入盛滿水的水箱并將水箱內(nèi)的水壓出，壓出的水經(jīng)出水管排至電子天平上，每隔1-3min記錄電子天平的示數(shù)，并記錄此時吸附實驗溫度、大氣壓以供校正使用，待解吸到電子天平上的示數(shù)每分鐘0.2㎎變化時停止；

（5-5）、不斷提升改變密封恒溫箱的溫度直到150℃為止，重復(fù)步驟（5-1）-（5-4）進行實驗，最終得到煤樣在變溫定壓下吸附解吸量以及吸附解吸過程中煤樣的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

步驟（6）中進行甲烷變溫定容煤樣吸附解吸變形測試的方法，包括以下步驟：

（6-1）、調(diào)節(jié)密封恒溫箱的溫度為t2，此為吸附實驗溫度，重復(fù)步驟（4），待吸附解吸罐內(nèi)的煤樣達到吸附平衡，讀取此時平衡釜上第四壓力表的示數(shù)p8，關(guān)閉第八截止閥；

（6-2）、調(diào)節(jié)密封恒溫箱的溫度為t3，重復(fù)步驟（4），在溫度變化過程中，保持吸附解吸罐內(nèi)的氣體總量不發(fā)生變化，待吸附解吸罐內(nèi)的煤樣達到吸附平衡，讀取此時平衡釜上第四壓力表的示數(shù)p9，關(guān)閉第八截止閥；

（6-3）、計算煤樣吸附量

式中，q吸為煤樣瓦斯吸附量（stp）,單位為cm³；z為氣體壓縮因子；r為氣體常數(shù)；t2、t3為第一次吸附平衡和第二次吸附平衡的溫度，單位為℃；

（6-4）、關(guān)閉第六截止閥和第八截止閥，調(diào)節(jié)水箱內(nèi)的溫度為吸附實驗溫度，接著打開第六氣管上的第二減壓閥、第十截止閥和第十一截止閥，吸附解吸罐內(nèi)的解吸氣體通過第六氣管并經(jīng)制冷器和干燥器降溫干燥后進入水箱，開始煤樣解吸，解吸氣體通過第六氣管進入盛滿水的水箱并將水箱內(nèi)的水壓出，壓出的水經(jīng)出水管排至電子天平上，每隔1-3min記錄電子天平的示數(shù)，并記錄此時吸附實驗溫度、大氣壓以供校正使用，待解吸到電子天平上的示數(shù)每分鐘0.2㎎變化時停止；

（6-5）、不斷提升改變密封恒溫箱的溫度直到150℃為止，重復(fù)步驟（6-1）-（6-4）進行實驗，最終得到煤樣在變溫定容下的吸附解吸量以及吸附解吸過程中煤樣的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明實驗通過抽真空系統(tǒng)、注氣系統(tǒng)、吸附解吸變形測試系統(tǒng)、氣體計量系統(tǒng)之間的銜接和配合，抽真空系統(tǒng)是把管道和各個設(shè)備內(nèi)的空氣排出；吸附解吸變形測試系統(tǒng)主要是放置平衡釜和吸附解吸罐，保持密封恒溫箱內(nèi)裝置保持某一恒定溫度（0~150℃）；注氣系統(tǒng)是人為的注入一定壓力的瓦斯氣體儲存在平衡釜中，然后經(jīng)過平衡釜向吸附解吸罐里注入指定壓力的甲烷氣體，讓煤樣充分吸收后，開始逐漸提升溫度，煤樣上設(shè)耐高溫應(yīng)變片，引出導(dǎo)線連接外面的應(yīng)變儀，從而研究高溫高壓下煤體吸附解吸過程中變形規(guī)律；計量系統(tǒng)是從吸附解吸變形測試系統(tǒng)流出的氣體經(jīng)過冷卻后，出氣口的甲烷經(jīng)過干燥后，經(jīng)過恒溫水箱利用排水法，直接排出等體積水，另外可以利用數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集控制電腦上，記錄氣體進口和出口的壓力表讀數(shù)、溫度傳感器示數(shù)、平衡釜的壓力表示數(shù)、高精度電子天平的示數(shù)的示數(shù)，進而計算出煤體吸附解吸瓦斯體積；通過煤樣上耐高溫應(yīng)變片及外接的電阻應(yīng)變儀采集到的數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納出煤體在高溫高壓下吸附解吸過程中變形規(guī)律；能夠為瓦斯抽放的設(shè)計和優(yōu)化以及煤層氣的開采提供理論參考。

綜上所述，本發(fā)明便于操作、工作量小、測量快速準(zhǔn)確、實驗性能高，為煤層氣抽采過程中的吸附解吸體積變形提供了實驗和理論研究。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是吸附解吸罐的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試裝置，包括抽真空系統(tǒng)ⅰ、注氣系統(tǒng)ⅱ、吸附解吸變形測試系統(tǒng)ⅲ和氣體計量系統(tǒng)ⅳ；

抽真空系統(tǒng)ⅰ包括真空泵1和真空容器2，真空泵1的進氣口通過第一氣管3與真空容器2的出氣口連接，第一氣管3上設(shè)有第一截止閥4，真空容器2的進氣口連接有第二氣管5，第二氣管5上沿氣流方向依次設(shè)有氣球6和第二截止閥7，氣球6通過第三氣管8與第二氣管5連接，第三氣管8上設(shè)有第三截止閥9，真空容器2上設(shè)有真空表10；

注氣系統(tǒng)ⅱ包括甲烷氣罐11和高壓氦氣罐12，甲烷氣罐11通過第四氣管13與吸附解吸變形測試系統(tǒng)ⅲ的進氣端連接，第四氣管13上沿氣流方向依次設(shè)有高壓表14、第一減壓閥15、低壓表16、增壓泵17、第四截止閥18、單向閥19、調(diào)壓閥20、第五截止閥21和第六截止閥22，高壓氦氣罐12通過高壓管23與第四氣管13連接，高壓管23與第四氣管13的連接處位于第四截止閥18與單向閥19之間，高壓管23上設(shè)有第七截止閥24；

氣體計量系統(tǒng)ⅳ包括數(shù)據(jù)采集控制電腦25、電子天平26、恒溫水罐27和水箱28，水箱28位于恒溫水罐27內(nèi)，恒溫水罐27連接有注水管29，注水管29上設(shè)有第九截止閥30，水箱28上設(shè)有第一壓力表31和第一溫度傳感器32，水箱28通過第六氣管33與吸附解吸變形測試系統(tǒng)ⅲ的出氣端連接，第六氣管33上沿氣流方向依次設(shè)有第二壓力表34、第二減壓閥35、第十截止閥36、制冷器37、干燥器38和第十一截止閥39，水箱28的底部連接有出水管40，出水管40上設(shè)有第十二截止閥41，出水管40的出水口位于電子天平26的上方；數(shù)據(jù)采集控制電腦25通過數(shù)據(jù)線分別與第一壓力表31、第二壓力表34、第一溫度傳感器32和電子天平26連接。

吸附解吸變形測試系統(tǒng)ⅲ包括電阻應(yīng)變儀42和密封恒溫箱43，密封恒溫箱43內(nèi)設(shè)有吸附解吸罐44和平衡釜45,吸附解吸罐44包括罐體46和罐蓋47，罐蓋47通過緊固螺栓48連接在罐體46的頂部，罐蓋47與罐體46之間的連接處設(shè)有耐高溫密封環(huán)49，罐蓋47上設(shè)有第三壓力表50和第二溫度傳感器51，罐體46上設(shè)有四個安裝孔，每個安裝孔內(nèi)均設(shè)有一個空心螺栓，空心螺栓與安裝孔內(nèi)壁之間設(shè)有耐高溫密封圈52，四個空心螺栓分別為進氣接頭53、出氣接頭54、導(dǎo)線接頭55和備用接頭56，罐體46內(nèi)設(shè)有耐高溫電阻應(yīng)變片57；電阻應(yīng)變儀42通過穿設(shè)在導(dǎo)線接頭55內(nèi)的數(shù)據(jù)線與耐高溫電阻應(yīng)變片57連接；甲烷氣罐11通過第四氣管13與平衡釜45連接，平衡釜45上設(shè)有第四壓力表58和第三溫度傳感器59；吸附解吸罐44的進氣接頭53通過第五氣管60與第四氣管13連接，第五氣管60與第四氣管13的連接處位于第五截止閥21和第六截止閥22之間；第五氣管60上設(shè)有第八截止閥61；吸附解吸罐44的出氣接頭54通過第六氣管33與氣體計量系統(tǒng)ⅳ連接；第三壓力表50、第四壓力表58、第二溫度傳感器51、第三溫度傳感器59和電阻應(yīng)變儀42分別通過數(shù)據(jù)線與數(shù)據(jù)采集控制電腦25連接。

一種適用于高溫高壓下煤體吸附解吸變形測試的實驗方法，包括以下步驟：

（1）、測量計算平衡釜45的體積v釜和吸附解吸罐44的體積v罐；

（2）、安裝煤樣：將從煤層取出的原煤按照罐體46的容積制作成長方體或圓柱體的煤樣，并將耐高溫電阻應(yīng)變片57安裝在煤樣的表面，接著將煤樣放置于罐體46內(nèi)，將耐高溫應(yīng)變片的數(shù)據(jù)線從導(dǎo)線接頭55處引出后與電阻應(yīng)變儀42連接；

（3）、測量吸附解吸罐44內(nèi)的自由體積v自；

（4）、進行甲烷等溫定容煤樣吸附解吸變形測試；

（5）、進行甲烷變溫定壓煤樣吸附解吸變形測試；

（6）、進行甲烷變溫定容煤樣吸附解吸變形測試；

步驟（1）中測量平衡釜45及吸附解吸罐44體積的方法，包括以下步驟：

（1-1）、關(guān)閉密封恒溫箱43以及所有的閥門，然后依次打開第六截止閥22、第八截止閥61、第一截止閥4和第二截止閥7，啟動真空泵1對平衡釜45和吸附解吸罐44進行抽真空至真空度值到4pa以下，維持30min后關(guān)閉第六截止閥22、第八截止閥61、第一截止閥4和第二截止閥7；

（1-2）、打開高壓氦氣罐12以及第七截止閥24，高壓氦氣罐12內(nèi)的氦氣經(jīng)高壓管23進入第四氣管13，經(jīng)調(diào)壓閥20調(diào)節(jié)使得第四氣管13內(nèi)的氦氣壓力為0.5mpa后，打開第五截止閥21和第六截止閥22，第四氣管13內(nèi)的氦氣沖入平衡釜45內(nèi)，待平衡釜45內(nèi)的溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第四壓力表58上顯示的值p1釜；接著關(guān)閉第六截止閥22并打開第八截止閥61，第四氣管13內(nèi)的氦氣沖入吸附解吸罐44內(nèi)，待吸附解吸罐44內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第三壓力表50上顯示的值p1罐，關(guān)閉高壓氦氣罐12、第七截止閥24、第五截止閥21和第八截止閥61，停止充氣作業(yè)；

（1-3）、打開第六截止閥22和第八截止閥61，待平衡釜45與吸附解吸罐44內(nèi)壓力穩(wěn)定后，記錄第三壓力表50上顯示的值p1平，打開第三截止閥9，平衡釜45以及吸附解吸罐44內(nèi)的氦氣經(jīng)第二氣管5和第三氣管8進入氣球6內(nèi)，待氣球6不再膨脹時關(guān)閉第三截止閥9；

（1-4）、打開吸附解吸罐44的罐蓋47，放入體積已知v標(biāo)的實心標(biāo)準(zhǔn)件，重新將罐蓋47密封安裝在罐體46上，重復(fù)步驟（1-1）-（1-3），并記錄步驟（1-2）中第四壓力表58上顯示的值p2釜、第三壓力表50上顯示的值p2罐以及步驟（1-3）中平衡后第三壓力表50上顯示的值p2平；

（1-5）、根據(jù)以下方程組計算平衡釜45v釜以及吸附解吸罐44v罐的體積，即：

重復(fù)步驟（1-1）-（1-5）五次，求取v釜和v罐的平均值。

步驟（3）中測量吸附解吸罐44內(nèi)的自由體積v自的方法，包括以下步驟：

（3-1）、通過步驟（1-1）對平衡釜45和吸附解吸罐44進行抽真空處理；

（3-2）、打開高壓氦氣罐12以及第七截止閥24，高壓氦氣罐12內(nèi)的氦氣經(jīng)高壓管23進入第四氣管13，經(jīng)調(diào)壓閥20調(diào)節(jié)使得第四氣管13內(nèi)的氦氣壓力為0.5mpa后，打開第五截止閥21和第六截止閥22，第四氣管13內(nèi)的氦氣沖入平衡釜45內(nèi)，待平衡釜45內(nèi)的溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第四壓力表58上顯示的值p1；接著關(guān)閉高壓氦氣罐12、第七截止閥24和第五截止閥21，打開第八截止閥61，平衡釜45內(nèi)的氦氣經(jīng)第五氣管60沖入吸附解吸罐44內(nèi)，待吸附解吸罐44內(nèi)溫度和壓力穩(wěn)定后，記錄第三壓力表50上顯示的值p2；

（3-3）、根據(jù)波義耳定律計算吸附解吸罐44內(nèi)的自由體積：

式中v自為吸附解吸罐44內(nèi)的自由體積，單位cm³；p1為平衡釜45中氦氣的初始壓力；p2為平衡釜45中氦氣的剩余壓力；v釜為平衡釜45的體積，單位cm³。

步驟（4）中進行甲烷等溫定容煤樣吸附解吸變形測試的方法，包括以下步驟：

（4-1）、通過步驟（1-1）對平衡釜45和吸附解吸罐44進行抽真空處理；

（4-2）、打開甲烷氣罐11以及第四氣管13上的第一減壓閥15、增壓泵17、第四截止閥18和調(diào)壓閥20，經(jīng)調(diào)壓閥20調(diào)節(jié)后使得第四氣管13內(nèi)的甲烷壓力恒定，且第四氣管13內(nèi)的甲烷壓力值在1.0mpa~16mpa內(nèi)，之后打開第五截止閥21和第六截止閥22，使得甲烷進入平衡釜45內(nèi)，當(dāng)平衡釜45內(nèi)的壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉甲烷氣罐11、第一減壓閥15、增壓泵17、第四截止閥18、調(diào)壓閥20、第五截止閥21和第六截止閥22，停止充氣作業(yè)，然后記錄此時平衡釜45上第四壓力表58上顯示的值p3；

（4-3）、打開電阻應(yīng)變儀42并進行調(diào)零工作，接著打開第六截止閥22和第八截止閥61，平衡釜45開始通過第五氣管60向吸附解析罐內(nèi)通入甲烷氣體，耐高溫電阻應(yīng)變片57采集數(shù)據(jù)并傳輸給電阻應(yīng)變儀42，電阻應(yīng)變儀42將采集的數(shù)據(jù)再傳輸給數(shù)據(jù)采集控制電腦25，數(shù)據(jù)采集控制電腦25記錄整個過程中數(shù)據(jù)的變化，待吸附平衡后，記錄此時吸附解吸罐44上第三壓力表50上的壓力值p4，根據(jù)以下方程式計算煤樣瓦斯吸附量

式中q吸為煤樣瓦斯吸附量（stp）,單位為cm³；z為氣體壓縮因子；r為氣體常數(shù)；t為標(biāo)況溫度；

（4-4）、關(guān)閉第六截止閥22和第八截止閥61，調(diào)節(jié)密封恒溫箱43內(nèi)的溫度為吸附實驗溫度，接著打開第二減壓閥35、第十截止閥36、第十一截止閥39和第十二截止閥41，吸附解吸罐44內(nèi)的解吸氣體通過第六氣管33并經(jīng)制冷器37和干燥器38降溫干燥后進入水箱28，開始煤樣解吸，解吸氣體通過第六氣管33進入盛滿水的水箱28并將水箱28內(nèi)的水壓出，壓出的水經(jīng)出水管40排至電子天平26上，每隔1-3min記錄電子天平26的示數(shù)，并記錄此時吸附實驗溫度、大氣壓以供校正使用，待解吸到電子天平26上的示數(shù)每分鐘0.2㎎變化時停止；

（4-5）、調(diào)節(jié)改變平衡釜45內(nèi)的壓力值，重復(fù)步驟（4-1）-（4-4）進行實驗,最終得到等穩(wěn)定容煤樣在不同氣體壓力下的吸附解吸量以及吸附解吸過程中煤樣的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

步驟（5）中進行甲烷變溫定壓煤樣吸附解吸變形測試的方法，包括以下步驟：

（5-1）、調(diào)節(jié)密封恒溫箱43的溫度為t1，此為吸附實驗溫度，通過步驟（1-1）對平衡釜45和吸附解吸罐44進行抽真空處理；

（5-2）、打開甲烷氣罐11以及第四氣管13上的第一減壓閥15、增壓泵17、第四截止閥18和調(diào)壓閥20，經(jīng)調(diào)壓閥20調(diào)節(jié)后使得第四氣管13內(nèi)的甲烷壓力恒定，且第四氣管13內(nèi)的甲烷壓力值在1mpa~2mpa內(nèi)，之后打開第五截止閥21和第六截止閥22，使得甲烷進入平衡釜45內(nèi)，當(dāng)平衡釜45內(nèi)的壓力穩(wěn)定后，關(guān)閉甲烷氣罐11、第一減壓閥15、增壓泵17、第四截止閥18、調(diào)壓閥20、第五截止閥21和第六截止閥22，停止充氣作業(yè)，然后記錄此時平衡釜45上第四壓力表58上顯示的值p5；

（5-3）、打開電阻應(yīng)變儀42并進行調(diào)零工作，接著打開第六截止閥22和第八截止閥61，平衡釜45開始通過第五氣管60向吸附解析罐內(nèi)通入甲烷氣體，耐高溫電阻應(yīng)變片57采集數(shù)據(jù)并傳輸給電阻應(yīng)變儀42，電阻應(yīng)變儀42將采集的數(shù)據(jù)再傳輸給數(shù)據(jù)采集控制電腦25，數(shù)據(jù)采集控制電腦25記錄整個過程中數(shù)據(jù)的變化，保持第五氣管60內(nèi)的甲烷氣體壓力為p6，在1h內(nèi)當(dāng)吸附解吸罐44內(nèi)的壓力變化不超過0.02mpa時，認(rèn)為達到吸附平衡，記錄此時平衡釜45上第四壓力表58上的壓力值p7，根據(jù)以下方程式計算煤樣瓦斯吸附量

式中q吸為煤樣瓦斯吸附量（stp）,單位為cm³；z為氣體壓縮因子；r為氣體常數(shù)；t為標(biāo)況溫度；

（5-4）、關(guān)閉第六截止閥22和第八截止閥61，調(diào)節(jié)水箱28內(nèi)的溫度為吸附實驗溫度，接著打開第六氣管33上的第二減壓閥35、第十截止閥36和第十一截止閥39，吸附解吸罐44內(nèi)的解吸氣體通過第六氣管33并經(jīng)制冷器37和干燥器38降溫干燥后進入水箱28，開始煤樣解吸，解吸氣體通過第六氣管33進入盛滿水的水箱28并將水箱28內(nèi)的水壓出，壓出的水經(jīng)出水管40排至電子天平26上，每隔1-3min記錄電子天平26上的示數(shù)，并記錄此時吸附實驗溫度、大氣壓以供校正使用，待解吸到電子天平26上的示數(shù)每分鐘0.2㎎變化時停止；

（5-5）、不斷提升改變密封恒溫箱43的溫度直到150℃為止，重復(fù)步驟（5-1）-（5-4）進行實驗，最終得到煤樣在變溫定壓下吸附解吸量以及吸附解吸過程中煤樣的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

步驟（6）中進行甲烷變溫定容煤樣吸附解吸變形測試的方法，包括以下步驟：

（6-1）、調(diào)節(jié)密封恒溫箱43的溫度為t2，此為吸附實驗溫度，重復(fù)步驟（4），待吸附解吸罐44內(nèi)的煤樣達到吸附平衡，讀取此時平衡釜45上第四壓力表58的示數(shù)p8，關(guān)閉第八截止閥61；

（6-2）、調(diào)節(jié)密封恒溫箱43的溫度為t3，重復(fù)步驟（4），在溫度變化過程中，保持吸附解吸罐44內(nèi)的氣體總量不發(fā)生變化，待吸附解吸罐44內(nèi)的煤樣達到吸附平衡，讀取此時平衡釜45上第四壓力表58的示數(shù)p9，關(guān)閉第八截止閥61；

（6-3）、計算煤樣吸附量

式中，q吸為煤樣瓦斯吸附量（stp）,單位為cm³；z為氣體壓縮因子；r為氣體常數(shù)；t2、t3為第一次吸附平衡和第二次吸附平衡的溫度，單位為℃；

（6-4）、關(guān)閉第六截止閥22和第八截止閥61，調(diào)節(jié)水箱28內(nèi)的溫度為吸附實驗溫度，接著打開第六氣管33上的第二減壓閥35、第十截止閥36和第十一截止閥39，吸附解吸罐44內(nèi)的解吸氣體通過第六氣管33并經(jīng)制冷器37和干燥器38降溫干燥后進入水箱28，開始煤樣解吸，解吸氣體通過第六氣管33進入盛滿水的水箱28并將水箱28內(nèi)的水壓出，壓出的水經(jīng)出水管40排至電子天平26上，每隔1-3min記錄電子天平26的示數(shù)，并記錄此時吸附實驗溫度、大氣壓以供校正使用，待解吸到電子天平26上的示數(shù)每分鐘0.2㎎變化時停止；

（6-5）、不斷提升改變密封恒溫箱43的溫度直到150℃為止，重復(fù)步驟（6-1）-（6-4）進行實驗，最終得到煤樣在變溫定容下的吸附解吸量以及吸附解吸過程中煤樣的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

本實施例并非對本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。