水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層瓦斯流動(dòng)模擬的實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高瓦斯壓力、低滲透率與高突出危險(xiǎn)性是我國(guó)主要煤與瓦斯突出礦區(qū)煤層賦存的基本特征，如何增加煤層透氣性、降低瓦斯壓力并進(jìn)而消除煤層突出危險(xiǎn)性是瓦斯災(zāi)害防治領(lǐng)域的重要研究課題。目前，水力化技術(shù)措施作為強(qiáng)化瓦斯抽采及防治煤與瓦斯突出的重要手段，已在實(shí)踐中得到較為廣泛的應(yīng)用，包括煤層注水、水力沖孔、水力割縫、水力和水力壓裂等。以往的研究表明，不同的水力化措施在瓦斯災(zāi)害防治中的作用機(jī)理不盡相同，如:蘇現(xiàn)波等測(cè)試了煤樣啟動(dòng)壓力梯度和滲透率，認(rèn)為煤層注水對(duì)基質(zhì)煤塊內(nèi)部的瓦斯實(shí)現(xiàn)了封閉，使瓦斯解吸更加困難，同時(shí)隨著含水飽和度增大，啟動(dòng)壓力梯度增加且滲透率降低，這是煤層注水抑制瓦斯涌出的原因；劉明舉等檢驗(yàn)了水力沖孔在嚴(yán)重突出煤層中的應(yīng)用效果，分析認(rèn)為水力掏槽孔周圍煤體向孔道移動(dòng)，引起煤體變形和頂、底板相向位移，使煤層得到卸壓，同時(shí)提高了煤層透氣性；林柏泉等提出了鉆割抽一體化技術(shù)，認(rèn)為高壓水力割縫破壞了鉆孔周圍的應(yīng)力集中區(qū)，縫槽周圍煤體向縫槽空間移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生大量拉伸裂隙和剪切裂隙，增大了煤層的透氣性；王凱、劉明舉等分別考察了水力擠出的防突效果，分析認(rèn)為煤體的擠出使工作面前方集中應(yīng)力帶前移，卸壓帶增寬，同時(shí)破碎煤體的透氣性增強(qiáng)；富向分析了水力壓裂的增透機(jī)理，認(rèn)為鉆孔在高壓水作用下發(fā)生起裂后，高壓水在煤層中的層理面、切割裂隙及原生裂隙等各級(jí)弱面內(nèi)產(chǎn)生水壓力，促使該級(jí)弱面發(fā)生擴(kuò)展和延伸，并逐步在煤層中相互連通形成貫通網(wǎng)絡(luò)，造成煤層的壓裂分解。
[0003]從上述分析中可以看出，采取煤層注水預(yù)防煤與瓦斯突出的機(jī)理在于通過(guò)水力化措施，抑制注水區(qū)域內(nèi)煤中吸附瓦斯的解吸，同時(shí)使煤體含水率增加、塑性增強(qiáng)、滲透率降低；而關(guān)于水力沖孔、水力割縫、水力擠出和水力壓裂等水力化措施，以往的研究重點(diǎn)則主要集中在如何改變煤體應(yīng)力狀態(tài)以及促進(jìn)煤體裂隙的發(fā)育與發(fā)展上。值得注意的是，雖然各水力化措施的施工工藝及作用機(jī)理存在差異，但它們無(wú)一例外的共性特征是都必須使外界壓力水通過(guò)煤體裂隙通道進(jìn)入煤層，而水力化措施導(dǎo)致的煤層含水率變化以及對(duì)煤層滲透率的損傷抑制效應(yīng)，從本質(zhì)上講是與水力化措施強(qiáng)化瓦斯抽采的目的相矛盾的。
[0004]總體而言，目前人們關(guān)于外界壓力水侵入對(duì)煤層含水率和瓦斯?jié)B透率的影響規(guī)律方面的認(rèn)識(shí)目前尚不夠深入，缺乏系統(tǒng)的研究，從而在一定程度上影響到水力化強(qiáng)化瓦斯抽采與瓦斯治理技術(shù)方案的合理選擇及其工藝參數(shù)優(yōu)化和效果評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種能系統(tǒng)研究水利化措施實(shí)施過(guò)程中及實(shí)施后，即高壓水侵入含瓦斯的原始煤層過(guò)程及之后，煤體含水率和瓦斯?jié)B透率的變化規(guī)律及其耦合關(guān)系的水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]本發(fā)明的水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置，包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、氣液加載系統(tǒng)和氣水分離系統(tǒng)，所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括煤樣夾持器，所述煤樣夾持器設(shè)有保溫層和溫度傳感與控制裝置，所述煤樣夾持器軸向的一端設(shè)有軸向加載裝置，所述軸向加載裝置連接有軸壓加載的針式手動(dòng)加載栗，所述煤樣夾持器的側(cè)壁連接有圍壓加載的針式手動(dòng)加載栗，所述煤樣夾持器軸向的另一端與氣液加載系統(tǒng)相連；所述氣液加載系統(tǒng)設(shè)有氣相管路和液相管路，所述氣相管路與高壓瓦斯瓶和高壓氦氣瓶分別連接，所述液相管路與水力平流栗連接；所述軸向加載裝置的外端與氣水分離系統(tǒng)相連，所述氣水分離系統(tǒng)包括真空栗和氣水分離器。
[0008]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供的水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置，能系統(tǒng)深入的研究高壓水侵入含瓦斯的原始煤層過(guò)程及之后，煤體含水率和瓦斯?jié)B透率的變化規(guī)律及其耦合關(guān)系。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖中:
[0011]1、高壓瓦斯瓶，2、高壓氦氣瓶，3、水力平流栗，4、壓力傳感器，5、圍壓加載的針式手動(dòng)加載栗，6、溫度傳感與控制裝置，7、軸壓加載的針式手動(dòng)加載栗，8、流量傳感器，9、氣水分離器，10、保溫層，11、真空栗，12、實(shí)驗(yàn)煤樣，13、軸向加載裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0013]本發(fā)明的水力化措施對(duì)煤體瓦斯?jié)B流特性影響的物理模擬試驗(yàn)裝置，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0014]包括應(yīng)力加載系統(tǒng)、氣液加載系統(tǒng)和氣水分離系統(tǒng)，所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括煤樣夾持器，所述煤樣夾持器設(shè)有保溫層和溫度傳感與控制裝置，所述煤樣夾持器軸向的一端設(shè)有軸向加載裝置，所述軸向加載裝置連接有軸壓加載的針式手動(dòng)加載栗，所述煤樣夾持器的側(cè)壁連接有圍壓加載的針式手動(dòng)加載栗，所述煤樣夾持器軸向的另一端與氣液加載系統(tǒng)相連；所述氣液加載系統(tǒng)設(shè)有氣相管路和液相管路，所述氣相管路與高壓瓦斯瓶和高壓氦氣瓶分別連接，所述液相管路與水力平流栗連接；所述軸向加載裝置的外端與氣水分離系統(tǒng)相連，所述氣水分離系統(tǒng)包括真空栗和氣水分離器。
[0015]所述軸壓加載的針式手動(dòng)加載栗的加載管路上、圍壓加載的針式手動(dòng)加載栗的加載管路上、氣相管路上分別設(shè)有壓力傳感器，所述氣水分離器連接有流量傳感器，所述壓力傳感器和流量傳感器分別與數(shù)據(jù)采集與處理計(jì)算機(jī)連接。
[0016]所述氣水分離器和煤樣夾持器分別設(shè)有稱重裝置。
[0017]鑒于目前各水力化措施工藝及作用機(jī)理的差異性，本發(fā)明針對(duì)其共性特征，系統(tǒng)深入研究高壓水侵入含瓦斯的原始煤層過(guò)程及之后，煤體含水率和瓦斯?jié)B透率的變化規(guī)律及其耦合關(guān)系。
[0018]具體實(shí)施例，如圖1所示:
[0019]裝置結(jié)構(gòu)與詳細(xì)參數(shù):
[0020]QCT-2型煤巖滲透率測(cè)試系統(tǒng)(即煤樣加載與溫控系統(tǒng)):
[0021]QTC-2型煤巖滲透率測(cè)試系統(tǒng)包括JB-1II手搖栗、夾持器、溫度測(cè)量系統(tǒng)、壓