水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種煤層瓦斯流動模擬的實驗裝置，尤其涉及一種水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置。
【背景技術】
[0002]高瓦斯壓力、低滲透率與高突出危險性是我國主要煤與瓦斯突出礦區煤層賦存的基本特征，如何增加煤層透氣性、降低瓦斯壓力并進而消除煤層突出危險性是瓦斯災害防治領域的重要研究課題。目前，水力化技術措施作為強化瓦斯抽采及防治煤與瓦斯突出的重要手段，已在實踐中得到較為廣泛的應用，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害防治中的作用機理不盡相同，如:蘇現波等測試了煤樣啟動壓力梯度和滲透率，認為煤層注水對基質煤塊內部的瓦斯實現了封閉，使瓦斯解吸更加困難，同時隨著含水飽和度增大，啟動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；劉明舉等檢驗了水力沖孔在嚴重突出煤層中的應用效果，分析認為水力掏槽孔周圍煤體向孔道移動，引起煤體變形和頂、底板相向位移，使煤層得到卸壓，同時提高了煤層透氣性；林柏泉等提出了鉆割抽一體化技術，認為高壓水力割縫破壞了鉆孔周圍的應力集中區，縫槽周圍煤體向縫槽空間移動時產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，分析認為煤體的擠出使工作面前方集中應力帶前移，卸壓帶增寬，同時破碎煤體的透氣性增強；富向分析了水力壓裂的增透機理，認為鉆孔在高壓水作用下發生起裂后，高壓水在煤層中的層理面、切割裂隙及原生裂隙等各級弱面內產生水壓力，促使該級弱面發生擴展和延伸，并逐步在煤層中相互連通形成貫通網絡，造成煤層的壓裂分解。
[0003]從上述分析中可以看出，采取煤層注水預防煤與瓦斯突出的機理在于通過水力化措施，抑制注水區域內煤中吸附瓦斯的解吸，同時使煤體含水率增加、塑性增強、滲透率降低；而關于水力沖孔、水力割縫、水力擠出和水力壓裂等水力化措施，以往的研究重點則主要集中在如何改變煤體應力狀態以及促進煤體裂隙的發育與發展上。值得注意的是，雖然各水力化措施的施工工藝及作用機理存在差異，但它們無一例外的共性特征是都必須使外界壓力水通過煤體裂隙通道進入煤層，而水力化措施導致的煤層含水率變化以及對煤層滲透率的損傷抑制效應，從本質上講是與水力化措施強化瓦斯抽采的目的相矛盾的。
[0004]總體而言，目前人們關于外界壓力水侵入對煤層含水率和瓦斯滲透率的影響規律方面的認識目前尚不夠深入，缺乏系統的研究，從而在一定程度上影響到水力化強化瓦斯抽采與瓦斯治理技術方案的合理選擇及其工藝參數優化和效果評估。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種能系統研究水利化措施實施過程中及實施后，即高壓水侵入含瓦斯的原始煤層過程及之后，煤體含水率和瓦斯滲透率的變化規律及其耦合關系的水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置。
[0006]本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的:
[0007]本實用新型的水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置，包括應力加載系統、氣液加載系統和氣水分離系統，所述應力加載系統包括煤樣夾持器，所述煤樣夾持器設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加載栗，所述煤樣夾持器的側壁連接有圍壓加載的針式手動加載栗，所述煤樣夾持器軸向的另一端與氣液加載系統相連；所述氣液加載系統設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相連，所述氣水分離系統包括真空栗和氣水分離器。
[0008]由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置，能系統深入的研究高壓水侵入含瓦斯的原始煤層過程及之后，煤體含水率和瓦斯滲透率的變化規律及其耦合關系。
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型實施例提供的水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置的結構示意圖。
[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加載栗，6、溫度傳感與控制裝置，7、軸壓加載的針式手動加載栗，8、流量傳感器，9、氣水分離器，10、保溫層，11、真空栗，12、實驗煤樣，13、軸向加載裝置。
【具體實施方式】
[0012]下面將對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。
[0013]本實用新型的水力化措施對煤體瓦斯滲流特性影響的物理模擬試驗裝置，其較佳的【具體實施方式】是:
[0014]包括應力加載系統、氣液加載系統和氣水分離系統，所述應力加載系統包括煤樣夾持器，所述煤樣夾持器設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加載栗，所述煤樣夾持器的側壁連接有圍壓加載的針式手動加載栗，所述煤樣夾持器軸向的另一端與氣液加載系統相連；所述氣液加載系統設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相連，所述氣水分離系統包括真空栗和氣水分離器。
[0015]所述軸壓加載的針式手動加載栗的加載管路上、圍壓加載的針式手動加載栗的加載管路上、氣相管路上分別設有壓力傳感器，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據采集與處理計算機連接。
[0016]所述氣水分離器和煤樣夾持器分別設有稱重裝置。
[0017]鑒于目前各水力化措施工藝及作用機理的差異性，本實用新型針對其共性特征，系統深入研究高壓水侵入含瓦斯的原始煤層過程及之后，煤體含水率和瓦斯滲透率的變化規律及其耦合關系。
[0018]具體實施例，如圖1所示:
[0019]裝置結構與詳細參數:
[0020]QCT-2型煤巖滲透率測試系統(即煤樣加載與溫控系統):
[0021]QTC-2型煤巖滲透率測試系統包括JB-1II手搖栗、夾持器、溫度測量