CN106644891A - 一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，包括煤岩体密封箱体，轴压加载装置、围压加载装置、气体加载装置、电子气体流量计和应变应力测量系统，所述煤岩体密封箱体前后两侧采用玻璃板进行密封，在密封箱体的顶壁和左侧壁内侧安装有多个油压缸，其通过高压钢管与所述压力加载装置连接，分别对模拟煤岩层施加轴压和围压，密封箱体的右侧壁和后侧玻璃板上设有进气口，其通过高压钢管与气体加载装置连接，其中右侧进气口通过瓦斯透气板与模拟煤岩层接触，所述电子气体流量计与前侧玻璃板上的测量孔连接。该系统可实现保护层开采条件下卸压煤岩体的裂隙发育特征、体积应变及渗透特性分析，为保护层开采卸压效果分析提供装备基础。

Description

一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统
技术领域：
本发明属于矿山工程技术领域，尤其涉及一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统。
背景技术：
在应用保护层开采技术防治煤与瓦斯突出灾害的煤层开采过程中，由于煤层的采掘造成煤岩体应力状态发生变化，并产生大量裂隙，在裂隙带内煤岩体的渗透特性产生显著变化，影响着瓦斯的流动和聚集特征，为避免瓦斯灾害事故的发生需要对矿井瓦斯进行抽采，并研究被保护层的渗透特性演化规律。在现有实验设备中，多针对煤岩试件进行变压渗透特性测试研究，测试过程中会存在试件尺寸小、边界效应大等问题，很难在密封条件下的相似材料模拟实验台上，实现对卸压煤岩体的渗流特性演化规律进行动态测试。
发明内容：
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种密封性好、适于在实验室内研究煤岩体在保护层开采条件下裂隙发育特征、体积应变及瓦斯渗流规律的测试系统。
本发明采用如下技术方案：提供一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，包括煤岩体密封箱体、轴压加载装置、围压加载装置、气体加载装置、电子气体流量计和应变应力测量系统，所述煤岩体密封箱体包括框架和底座，所述框架固定在底座上，框架的前端面和后端面各安装带有小孔的有机玻璃板，其余各面由钢板密封而成；所述煤岩体密封箱体的顶壁内侧安装有多个油压缸与一上压板连接，所述油压缸通过高压钢管与所述轴压加载装置连接，所述煤岩体密封箱体的左侧壁内侧安装有多个油压缸与一侧压板连接，所述油压缸通过高压钢管与所述围压加载装置连接，所述上压板、所述侧压板和所述密封箱体的内表面形成一密封空间，所述空间内铺设有保护层和被保护层，所述保护层内包括模拟回采层，所述气体加载装置通过高压钢管与所述煤岩体密封箱体的进气口连接，所述进气口包括位于框架后端面的有机玻璃板上的多个小孔和位于所述煤岩体密封箱体右侧壁上的右进气口，所述右进气口通过瓦斯透气板与所述被保护层接触以实现面充气，所述电子气体流量计与位于框架前端面的有机玻璃板上的多个小孔连接；所述应变应力测量系统包括XJTUDP三维光学摄影测量仪、小型压力盒以及计算机，在所述被保护层中选定测试点，所述小型压力盒安装在所述煤岩体密封箱体内，其通过数据导线和计算机连接。
所述轴压加载装置包括油压罐、与所述油压罐连接的手动式压泵和设于所述手动式压泵上的压力表。
所述围压加载装置包括油压罐、与所述油压罐连接的手动式压泵和设于所述手动式压泵上的压力表。
所述气体加载装置包括高压瓦斯瓶和设于其上的减压阀。
框架前端面和后端面的有机玻璃板上的小孔对称设置，均排列为4排，每排为8个。
所述模拟回采层包括加热片层和石蜡层，所述石蜡层由等尺寸石蜡板铺设而成，所述加热片层位于所述石蜡层下面用于加热融化所述石蜡板，在所述加热片层上下表面分别铺设有绝缘纸。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：所述上压板、所述侧压板和所述密封箱体的内表面形成一空间，其具有很好的密封性，所述空间内铺设有保护层和被保护层，所述保护层内包含模拟回采层，所述模拟回采层由石蜡、加热片和绝缘纸构成，用于模拟保护层的开采；所述煤岩体密封箱体右侧壁上的右进气口通过瓦斯透气板与所述被保护层接触以实现“面充气”；所述煤岩体密封箱体前后两侧采用有机玻璃板，实现了模型的可视化；所述模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统能够在密封状态下模拟工作面的回采，得到煤岩体在不同应力状态下裂隙发育特征、体积应变及瓦斯渗透率演化规律，克服了传统渗透性测试装置煤岩体试件尺寸小、边界效应大等缺点，实现了保护层开采条件下卸压煤岩体的渗透特性测试，为保护层开采卸压效果分析、卸压瓦斯抽采方案设计等提供基础。
附图说明：
图1为本发明实施例提供的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统中煤岩体密封箱体的立体图；
图3为本发明实施例提供的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统中气体加载装置、电子气体流量计与煤岩体密封箱体的连接结构示意图；
图4为本发明实施例提供的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统中煤岩体密封箱体的前、后端面上有机玻璃板防变形加固措施的结构示意图；
本实施例中：1-被保护层，2-保护层，3-油压缸，4-上压板，5-侧压板，6-框架，7-模拟回采层，9-电子气体流量计，10高压钢管，11-手动式压泵，12-油压罐，13-减压阀，14-高压瓦斯瓶，15-右进气口，16-有机玻璃板，17-岩层，18-小型压力盒，19-小孔，20-槽钢，21-瓦斯透气板，22-底座，30-煤岩体密封箱体。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，包括煤岩体密封箱体30、轴压加载装置、围压加载装置、气体加载装置、电子气体流量计9和应变应力测量系统。所述煤岩体密封箱体30包括框架6和底座22，所述框架6内腔的尺寸为1700mm×1300mm×200mm，所述框架6固定在底座22上，所述框架6的前端面和后端面安装带有小孔19的有机玻璃板16，其余各面由钢板密封而成，所述煤岩体密封箱体30的顶壁内侧安装有四个油压缸3与一上压板4连接，所述油压缸3通过直径为3mm的高压钢管10与所述轴压加载装置连接，所述煤岩体密封箱体30的左侧壁内侧安装有三个油压缸3与一侧压板5连接，所述油压缸3也通过直径为3mm的高压钢管10与所述围压加载装置连接，通过所述油压缸3可以对煤岩体均匀施加轴压和围压，模拟不同保护层开采条件的应力环境。
所述上压板4、所述侧压板5和所述密封箱体30的内表面形成一密封空间，所述空间内铺设有被保护层1和保护层2，为了能够真实的模拟瓦斯在煤层中的运移特征，所述气体加载装置通过高压钢管10与所述煤岩体密封箱体30的进气口连接，所述气体加载装置包括高压瓦斯瓶14和设于其上的减压阀13，所述进气口包括位于框架6后端面的有机玻璃板16上的多个小孔19和位于所述煤岩体密封箱体30右侧壁上的右进气口15，所述右进气口15通过瓦斯透气板21与所述被保护层1连通，保证被保护层1的右端实现“面冲气”；所述轴压加载装置和所述围压加载装置均包括油压罐12和与所述油压罐12连接的手动式压泵11，所述手动式压泵11上设有压力表，便于观看并手动调节压力；所述应变应力测量系统包括XJTUDP三维光学摄影测量仪、小型压力盒18与计算机，在所述被保护层1中选定测试点，所述小型压力盒18安装在所述煤岩体密封箱体30内，其通过数据导线和计算机连接。
位于框架6前端面和后端面的所述有机玻璃板16上对称布置4排每排8个共计32个直径为10mm的小孔19作为控制模拟回采层7、测量被保护层1的透气性以及各种应变、应力测量传感器的引线通道，采用有机玻璃板16也便于实现保护层开采过程中卸压煤岩体裂隙发育及膨胀变形的可视化研究。所述电子气体流量计9与位于框架6前端面的有机玻璃板16上相应位置处的小孔19连接，来测量被保护层1在保护层开采条件下的渗透率，此处的相应位置处是表示与位于框架6后端面的有机玻璃板16上作为进气口的小孔19对应的位置。所述保护层2中包含模拟回采层7，所述模拟回采层7包括加热片层和石蜡层，所述石蜡层由等尺寸石蜡板铺设而成，所述加热片层位于所述石蜡层下面用于加热融化所述石蜡板，在所述加热片层上下表面分别铺设有绝缘纸以达到绝缘保护效果，利用石蜡易融化的特性来代替工作面向前推进，当石蜡板融化变为液体，液化的石蜡从前、后所述有机玻璃板16的小孔19流出，起到保护层开采的作用。
在煤岩体模型装填过程中，为了防止煤岩体模型捣实过程中造成框架6前端面和后端面上的有机玻璃板16膨胀变形，如图4所示，在安装有机玻璃板16后外侧加固三根槽钢20，所述煤岩体密封箱体30前侧在装填过程中用宽度为10cm的钢板逐层自下而上铺设，待煤岩体模型铺设完毕后将具有一定强度模型的前侧槽钢逐一卸除，等煤岩体模型全部晾干后，在煤岩体模型前侧粘贴位移测点，然后用有机玻璃板16进行密封，其中封闭过程中在有机玻璃板16与框架6之间产生的缝隙用玻璃胶进行完全封闭。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (6)

1.一种模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，其特征在于，包括：煤岩体密封箱体、轴压加载装置、围压加载装置、气体加载装置、电子气体流量计和应变应力测量系统，所述煤岩体密封箱体包括框架和底座，所述框架固定在底座上，框架的前端面和后端面各安装带有小孔的有机玻璃板，其余各面由钢板密封而成；所述煤岩体密封箱体的顶壁内侧安装有多个油压缸与一上压板连接，所述油压缸通过高压钢管与所述轴压加载装置连接，所述煤岩体密封箱体的左侧壁内侧安装有多个油压缸与一侧压板连接，所述油压缸通过高压钢管与所述围压加载装置连接，所述上压板、所述侧压板和所述密封箱体的内表面形成一密封空间，所述空间内铺设有保护层和被保护层，所述保护层内包括模拟回采层，所述气体加载装置通过高压钢管与所述煤岩体密封箱体的进气口连接，所述进气口包括位于框架后端面的有机玻璃板上的多个小孔和位于所述煤岩体密封箱体右侧壁上的右进气口，所述右进气口通过瓦斯透气板与所述被保护层接触以实现面充气，所述电子气体流量计与位于框架前端面的有机玻璃板上的多个小孔连接；所述应变应力测量系统包括XJTUDP三维光学摄影测量仪、小型压力盒以及计算机，在所述被保护层中选定测试点，所述小型压力盒安装在所述煤岩体密封箱体内，其通过数据导线和计算机连接。
2.如权利要求1所述的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，其特征在于：所述轴压加载装置包括油压罐、与所述油压罐连接的手动式压泵和设于所述手动式压泵上的压力表。
3.如权利要求1所述的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，其特征在于：所述围压加载装置包括油压罐、与所述油压罐连接的手动式压泵和设于所述手动式压泵上的压力表。
4.如权利要求1所述的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，其特征在于：所述气体加载装置包括高压瓦斯瓶和设于其上的减压阀。
5.如权利要求1所述的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，其特征在于：框架前端面和后端面的有机玻璃板上的小孔对称设置，均排列为4排，每排为8个。
6.如权利要求1所述的模拟保护层开采卸压煤岩体的渗透特性测试系统，其特征在于：所述模拟回采层包括加热片层和石蜡层，所述石蜡层由等尺寸石蜡板铺设而成，所述加热片层位于所述石蜡层下面用于加热融化所述石蜡板，在所述加热片层上下表面分别铺设有绝缘纸。
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