CN110261569A - 基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统及方法，由模拟井下煤岩体的应力环境和瓦斯赋存状态的瓦斯抽采对象子系统，模拟井下的瓦斯抽采管网结构的瓦斯抽采子系统以及采集应力‑应变参数、瓦斯流量、气体浓度、气体压力等监测参数的数据采集子系统组成，能够实时监测到煤样应力以及形变量，监测抽采气体浓度、流量、压力等监测数据；本发明可以模拟真三轴原煤体在不同应力加载环境下，瓦斯气体在煤层‑钻孔‑管网流动的特征；可以模拟研究抽采负压‑管网阻力‑抽采流量的内在关联性，为抽采管网优化和智能调控提供理论依据；可以模拟气体驱替作用下煤层瓦斯‑驱替气体的多元竞争吸附特性，并揭示气体驱替下管网瓦斯抽采的增产机制。
Description
技术领域
本发明涉及一种瓦斯效果的模拟实验系统及方法，具体是一种基于管网系统抽采煤层 瓦斯效果的模拟实验系统及方法，属于煤层气、煤矿瓦斯开发利用技术领域。
背景技术
煤矿瓦斯抽采是瓦斯灾害的治本性措施，也是瓦斯资源化利用的最根本途径。国家安 全生产监督管理总局令【2015】82号文件发布了“先抽后掘、先抽后采、抽采达标”等强化煤矿瓦斯治理的10条规定。煤层钻孔瓦斯抽采作为高瓦斯、煤与瓦斯突出煤层区域性瓦斯灾害治理和资源化利用的最主要技术措施，在煤矿井下得到广泛应用。煤层瓦斯抽采过程是瓦斯解吸-渗流和固体变形等多场耦合作用的结果，任何一个物理过程环节的改变或缺 失都会影响另一个物理过程的开启与进展；开展瓦斯抽采中煤层-管网气体解吸-扩散-渗流- 流动的过程研究时提高瓦斯抽采效果的关键，是实现煤矿煤层瓦斯精准抽采的关键。
目前国内外许多学者对煤层气的抽采装置和方法进行了研究，中国发明专利2018年8 月17日公开的一种公开号为CN105974084B的“一种本煤层瓦斯抽采实验模拟装置”，其研究了不同应力环境下不同瓦斯抽采方式方法、不同钻孔长度和封孔材料等参数下的瓦斯抽采情况；中国发明专利2013年5月8日公开的一种公开号为CN103089254A的“一种多 场耦合煤层气开采物理模拟试验管”，其研究了多物理场(应力场、裂隙场、渗流场)耦合 时多煤层和单煤层状态下的煤层气抽采情况；中国发明专利2018年7月3日公开的一种公 开号为CN107542486B的“一种钻孔瓦斯抽采实验室模拟方法及封孔材料密封性测试方法”， 其研究了钻孔壁裂隙漏气对钻孔瓦斯抽采的影响以及封孔材料的密封性能；中国发明专利2015年3月11日公开的一种公开号为CN104407111A的“一种注气驱替煤层瓦斯物理相似 模拟方法”，其研究不同种类注入气体、注气压力、注气流量对注气驱替瓦斯效果的影响； 然而，上述实验装置和方法大多是基于煤层本身渗透性演化和单孔瓦斯抽采效果的影响， 没有针对煤矿井下管网瓦斯抽采实际开展相关试验装置的研究；而井下实际煤层瓦斯抽采是基于煤层-钻孔-管网一体化的气体流动过程，任何过程的缺失或规避都不能很好的反映煤 矿井下瓦斯采气管网的采气特征、以及研究抽采负压-管网阻力-抽采流量的内在关联性， 不能模拟气体驱替作用下煤层瓦斯-驱替气体的多元竞争吸附特性、揭示气体驱替下管网瓦 斯抽采的增产机制。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统及方法，该 系统结构简单、工艺操作方便，可以模拟真三轴原煤体在不同应力加载环境下，瓦斯气体 在煤层-钻孔-管网流动的特征，揭示煤矿煤层瓦斯抽采的多场耦合作用机制；可以模拟研究 抽采负压-管网阻力-抽采流量的内在关联性，为抽采管网优化和智能调控提供理论依据；可 以模拟气体驱替作用下煤层瓦斯-驱替气体的多元竞争吸附特性，并揭示气体驱替下管网瓦 斯抽采的增产机制。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统， 包括盛放煤样的密封容器，还包括加载装置，加载装置作用在密封容器上，实现对煤样的 X、Y、Z三个方向进行独立加载，在煤样的四周均安装应力-应变传感器；安装有自动调节阀门的注气管的一端与密封容器连接，注气管的另一端连接注气泵，在密封容器内安装气体压力传感器，气体压力传感器与自动调节阀门电连接；安装有泄压阀的泄压管的一端与密封容器连接，泄压管的另一端连接集气罐；
抽采支管设置为至少3根以上的奇数，抽采支管的一端均深入到煤样中，并与煤样通 过封孔材料进行密封，抽采支管的另一端均汇总于抽采主管的一端，抽采主管的另一端连 接储气罐，并在抽采主管上安装手动阀门Ⅰ、抽采泵，在抽采支管、抽采主管上均安装综合测量仪；
安装有手动阀门Ⅱ、自动调节抽采泵、流量-压力综合测量仪的驱替支管的一端与安装 有三通的抽采支管相连，驱替支管的另一端与驱替气体罐相连，自动调节抽采泵与流量-压 力综合测量仪电连接，在安装有三通的抽采支管上安装手动阀门Ⅲ；
应力-应变传感器、综合测量仪采集到的数据均通过交换机上传到监控中心。
作为本发明的进一步改进，抽采支管的个数设置为9根，抽采支管选用直径为12.5mm， 插入煤样中的钻孔深度为6cm，封孔材料选用聚氨酯。
作为本发明的进一步改进，煤样为70cm×50cm×50cm的长方体原煤煤块，通过型煤模 具进行制作，并在煤样的四周包裹塑胶橡皮圈。
作为本发明的进一步改进，密封容器为75cm×55cm×55cm的金属立方容器，该金属立 方容器采用机械可拆卸式组配。
作为本发明的进一步改进，综合测量仪选用管道瓦斯气体综合参数测定仪。
作为本发明的进一步改进，集气罐、储气罐的进气口均带有螺纹，驱替气体罐的出气 口带有螺纹，集气罐、储气罐、驱替气体罐均分别通过螺纹接头与管路连接。
一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验方法，包括以下步骤：
①组装该实验系统，组装时手动阀门Ⅰ、手动阀门Ⅱ、手动阀门Ⅲ均处于关闭状态；
②将煤样装入安装有加载装置的密封容器中，给密封容器内注入稳定的空气，使煤样 处于稳定的气体压力环境，给气体压力传感器设置一个压力值，当与密封容器中监测的压 力示数值不一致时，气体压力传感器通过控制注气泵、自动调节阀门给密封容器进行注气， 当密封容器中监测的压力示数值与气体压力传感器设置的压力值一致时，注气泵自动停止 注气，自动调节阀门关闭；
③启动加压装置，在煤样的X、Y、Z三个方向分别进行独立加载，通过控制加载装置给煤样施加压力，应力-应变传感器将采集到的数据通过交换机，传到监控中心，能够实时监测到煤样应力以及形变量；
④将抽采支管上的手动阀门Ⅲ的开度开到全开状态，并确保驱替支管上的手动阀门Ⅱ 处于关闭状态；
⑤将抽采主管上的手动阀门Ⅰ的开度设置半开状态，启动抽采泵，进行抽采工作，待 综合测量仪的示数稳定之后，综合测量仪将采集到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据 实时上传至监控中心；
⑥在上述步骤基础上保持不动，调节抽采主管上的手动阀门Ⅰ的开度，重复上述操作， 继续对瓦斯进行抽采；
⑦上述实验结束后，首先关闭气体压力传感器和抽采主管上的抽采泵及手动阀门Ⅰ， 打开密封容器上的泄压阀，开始进行泄压工作；
⑧待泄压工作结束之后，关闭泄压阀，开启气体压力传感器，进行注气；
⑨开启驱替支管上的手动阀门Ⅱ，并确保抽采支管上的手动阀门Ⅲ关闭，给流量-压力 综合测量仪设定一个流量或压力参数，进行驱替作业；
⑩在驱替作业工作的同时，将抽采主管上的手动阀门Ⅰ的开度设置半开状态，启动抽 采泵，进行抽采工作，综合测量仪将采集到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据上传到监控中心；应力-应变传感器将采集到的数据通过交换机上传到监控中心，监测煤样应力以及形变量；
给流量-压力综合测量仪设定不同的流量、压力参数或更换装有不同气体的驱替气体 罐，重复上述操作；
做完上述实验之后，将流量-压力综合测量仪的流量、压力参数设置为零，关闭驱替 支管上的手动阀门Ⅱ和抽采主管上的抽采泵、手动阀门Ⅰ，再关闭气体压力传感器，并打 开密封容器上的泄压阀，泄压完成后，拆卸密封容器，取出煤样。
与现有技术相比，本发明由模拟井下煤岩体的应力环境和瓦斯赋存状态的瓦斯抽采对 象子系统，模拟井下的瓦斯抽采管网结构的瓦斯抽采子系统以及采集应力-应变参数、瓦斯 流量、气体浓度、气体压力等监测参数的数据采集子系统组成，通过对煤样进行密封并使 煤样处于稳定的气体压力环境，对密封后的煤样进行X、Y、Z三个方向的加载，通过控制 加载装置给煤样施加压力，应力-应变传感器将采集到的数据通过交换机，传到监控中心， 能够实时监测到煤样应力以及形变量；通过调节抽采支管上的手动阀门Ⅲ的开度开到全开 状态(同时手动阀门Ⅱ关闭)，将抽采主管上的手动阀门Ⅰ的开度设置半开状态，启动抽采 泵，进行抽采工作，待综合测量仪的示数稳定之后，综合测量仪将采集到的抽采气体浓度、 流量、压力监测数据实时上传至监控中心，能够实时监测到抽采气体浓度、流量、压力等 监测数据；最后通过开启驱替支管上的手动阀门Ⅱ(同时手动阀门Ⅲ关闭)，给流量-压力 综合测量仪设定一个流量或压力参数，进行驱替作业；在驱替作业工作的同时，将抽采主 管上的手动阀门Ⅰ的开度设置半开状态，启动抽采泵，进行抽采工作，综合测量仪将采集 到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据上传到监控中心；应力-应变传感器将采集到的数 据通过交换机上传到监控中心，监测煤样应力以及形变量；完成驱替作业下对煤样应力以 及形变量、抽采气体的监测，并将煤样应力以及形变量、抽采气体浓度、流量、压力监测 数据上传到监控中心进行存储，并可以实时的在显示器上展示各抽采参数的变化曲线；本 发明结构简单、工艺操作方便，可以模拟真三轴原煤体在不同应力加载环境下，瓦斯气体 在煤层-钻孔-管网流动的特征，揭示煤矿煤层瓦斯抽采的多场耦合作用机制；可以模拟研究 抽采负压-管网阻力-抽采流量的内在关联性，为抽采管网优化和智能调控提供理论依据；可 以模拟气体驱替作用下煤层瓦斯-驱替气体的多元竞争吸附特性，并揭示气体驱替下管网瓦 斯抽采的增产机制。
附图说明
图1是本发明的工作原理示意图。
图中：1、密封容器，2、加载装置，3、应力-应变传感器，4、自动调节阀门，5、注气管，6、注气泵，7、气体压力传感器，8、泄压阀，9、泄压管，10、集气罐，11、手动阀 门Ⅱ，12、自动调节抽采泵，13、流量-压力综合测量仪，14、驱替支管，15、三通，16、 抽采支管，17、驱替气体罐，18、手动阀门Ⅲ，19、手动阀门Ⅰ，20、抽采主管，21、抽 采泵，22、储气罐，23、综合测量仪，24、交换机，25、监控中心。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，包括盛放煤样的 密封容器1，还包括加载装置2，加载装置2作用在密封容器1上，实现对煤样的X、Y、 Z三个方向进行独立加载，在煤样的四周均安装应力-应变传感器3；安装有自动调节阀门4 的注气管5的一端与密封容器1连接，注气管5的另一端连接注气泵6，在密封容器1内安 装气体压力传感器7，气体压力传感器7与自动调节阀门4电连接，气体压力传感器7能够 控制自动调节阀门4和注气泵6的开启，给气体压力传感器7设置为一个煤层具体的气压 参数，与监测的密封容器1中的气压形成对比，达不到设置压力时，调节自动调节阀门4 和注气泵6的自动开启，直至压力达到设定值，自动调节阀门4和注气泵6停止工作；安 装有泄压阀8的泄压管9的一端与密封容器1连接，泄压管9的另一端连接集气罐10；
抽采支管16设置为至少3根以上的奇数，抽采支管16的一端均深入到煤样中，并与煤样通过封孔材料进行密封，抽采支管16的另一端均汇总于抽采主管20的一端，抽采主 管20的另一端连接储气罐22，并在抽采主管20上安装手动阀门Ⅰ19、抽采泵21，在抽采 支管16、抽采主管20上均安装综合测量仪23；
安装有手动阀门Ⅱ11、自动调节抽采泵12、流量-压力综合测量仪13的驱替支管14的 一端与安装有三通15的抽采支管16相连，驱替支管14的另一端与驱替气体罐17相连，自动调节抽采泵12与流量-压力综合测量仪13电连接，流量-压力综合测量仪13能够控制自动调节抽采泵12的运行，给流量-压力综合测量仪13设定一个特定的压力或流量值，当与驱替支管14中测量的压力或流量与设定值不相符时，控制自动调节抽采泵12的功率， 使流量或压力维持一个恒定值；在安装有三通15的抽采支管16上安装手动阀门Ⅲ18；
应力-应变传感器3、综合测量仪23采集到的数据均通过交换机24上传到监控中心25； 监测中心25能实时对数据进行存储，并且可以实时的在显示器上展示各抽采参数的变化曲 线。
将抽采支管16的个数设置为9根，且均选用直径为12.5mm的管子，将抽采支管16插入煤样中的钻孔深度为6cm，可以获得最佳测量值；另外封孔材料的选择也非常重要， 一般有两种材料可供本发明选择，一种为膨胀水泥，另一种为化学材料聚氨酯，将膨胀水 泥添加辅助材料后，可以进行封孔，优点是价格低廉，缺点是封孔质量差；将化学材料聚 氨脂作为封孔材料的优点是封孔质量好，价格昂贵，为了提高本发明的封孔效果，本发明 优选化学材料聚氨酯作为封孔材料。
煤样为70cm(长)×50cm(宽)×50cm(高)的长方体煤块，所述煤样的制样方式有两种：第 一种方式是利用现场原煤，将现场采集的新鲜原煤通过切割、磨平、倒角等工序制样，此 方法需要精密的切割和磨平加工，但是这种方式不易保证煤样端面的平行度；第二种方式 是利用模具给碎煤定型，煤样模具采用水泥、石英砂或河砂、石膏粉、水等材料按特定的 配比浇注制作而成，将质量为95％的碎煤粒、煤粉的混合物和质量5％的黄泥加上少量水充 分搅拌，倒入制作煤样的模具中，进行定型、压实，此方法无须将原煤岩试样精加工可获 得尺寸规范的试样，同时也不改变煤样的性质，再将制备好的煤样固定在钻台上，利用钻 机对煤样进行钻孔，为了配合上述抽采支管的直径和抽采支管插入煤样中的深度，具体为： 在煤样上的钻孔深度为40cm，钻孔直径为13mm；钻孔个数可以根据抽采支管的根数进行 设置。
为了提高对煤样的密封性能，本发明选择在煤样四周包裹塑胶橡皮圈。
密封容器1为75cm×55cm×55cm的金属立方容器，该金属立方容器采用机械可拆卸式 组配，该金属立方容器能够和加载装置组装且密封性良好。
综合测量仪23选用管道瓦斯气体综合参数测定仪，可以精确测量出采集到的抽采气体 浓度、流量、压力监测数据并实时上传至监控中心25。
为了能够达到拆卸方便，便于组装的目的，在本发明集气罐10、储气罐22的进气口均 带有螺纹，驱替气体罐17的出气口带有螺纹，将集气罐10、储气罐22、驱替气体罐17均分别通过螺纹接头与管路连接。
一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验方法，包括以下步骤：
①组装该实验系统，组装时手动阀门Ⅰ19、手动阀门Ⅱ11、手动阀门Ⅲ18均处于关闭 状态；
②将煤样装入安装有加载装置2的密封容器1中，给密封容器1内注入稳定的空气，使煤样处于稳定的气体压力环境，给气体压力传感器7设置一个压力值，当与密封容器1 中监测的压力示数值不一致时，气体压力传感器7通过控制注气泵6、自动调节阀门4给密 封容器1进行注气，当密封容器1中监测的压力示数值与气体压力传感器7设置的压力值 一致时，注气泵6自动停止注气，自动调节阀门4关闭；
③启动加压装置2，在煤样的X、Y、Z三个方向分别进行独立加载，通过控制加载装置2给煤样施加压力，应力-应变传感器3将采集到的数据通过交换机24，传到监控中心25，能够实时监测到煤样应力以及形变量；
④将抽采支管16上的手动阀门Ⅲ18的开度开到全开状态，并确保驱替支管14上的手 动阀门Ⅱ11处于关闭状态；
⑤将抽采主管20上的手动阀门Ⅰ19的开度设置半开状态，启动抽采泵21，进行抽采工作，待综合测量仪23的示数稳定之后，综合测量仪23将采集到的抽采气体浓度、流量、 压力监测数据实时上传至监控中心25；
⑥在上述步骤基础上保持不动，调节抽采主管20上的手动阀门Ⅰ19的开度，重复上述 操作，继续对瓦斯进行抽采；
⑦上述实验结束后，首先关闭气体压力传感器7和抽采主管20上的抽采泵21及手动 阀门Ⅰ19，打开密封容器1上的泄压阀8，开始进行泄压工作；
⑧待泄压工作结束之后，关闭泄压阀8，开启气体压力传感器7，进行注气；
⑨开启驱替支管14上的手动阀门Ⅱ11，并确保抽采支管16上的手动阀门Ⅲ18关闭， 给流量-压力综合测量仪13设定一个流量或压力参数，进行驱替作业；
⑩在驱替作业工作的同时，将抽采主管20上的手动阀门Ⅰ19的开度设置半开状态，启 动抽采泵21，进行抽采工作，综合测量仪23将采集到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据上传到监控中心25；应力-应变传感器3将采集到的数据通过交换机24上传到监控中心25，监测煤样应力以及形变量；
给流量-压力综合测量仪13设定不同的流量、压力参数或更换装有不同气体的驱替 气体罐17，重复上述操作；
做完上述实验之后，将流量-压力综合测量仪13的流量、压力参数设置为零，关闭 驱替支管14上的手动阀门Ⅱ11和抽采主管20上的抽采泵21、手动阀门Ⅰ19，再关闭气体压力传感器7，并打开密封容器1上的泄压阀8，泄压完成后，拆卸密封容器1，取出煤样。
实施例
①组装该实验系统，具体步骤如下：
S1、利用现场原煤或压制的型煤煤样，制备大小为70cm(长)×50cm(宽)×50cm(高)的 煤样，且煤样四周包裹塑胶橡皮圈；
S2、将煤样放入到组装的密封容器1中，为了将煤样固定，用加压装置2在煤样的X、Y、Z三个方向独立加载；
S3、将9支直径为12.5mm的抽采支管16分别插入9个钻孔中深度为6cm，采用化学材料聚氨脂进行封孔；
S4、将带有自动调节阀门4的注气管5的一端与密封容器1相连，另一端与注气泵6相连，且在密封容器1内放置气体压力传感器7；带有泄压阀8的卸压管9的一端与密封容 器1相连，将卸压管9的另一端与集气罐10相连；
S5、安装有手动阀门Ⅱ11、自动调节抽采泵12、流量-压力综合测量仪13的驱替支管 14的一端与安装有三通15的抽采支管16相连，驱替支管14的另一端与驱替气体罐17相连，自动调节抽采泵12与流量-压力综合测量仪13电连接，在安装有三通15的抽采支管 16上安装手动阀门Ⅲ18；
S6、抽采支管16的另一端均汇总于抽采主管20的一端，抽采主管20的另一端连接储 气罐22，并在抽采主管20上安装手动阀门Ⅰ19、抽采泵21，在抽采支管16、抽采主管20 上均安装综合测量仪23；
S7、安装在抽采支管16、抽采主管20上的综合测量仪23以及在煤样的四周安装的应 力-应变传感器3均通过电线与交换机25相连，将交换机25与监测中心26相连；组装时手动阀门Ⅰ19、手动阀门Ⅱ11、手动阀门Ⅲ18均处于关闭状态；
②给密封容器1内注入稳定的空气，使煤样处于稳定的气体压力环境，给气体压力传 感器7设置一个压力值，当与密封容器1中监测的压力示数值不一致时，气体压力传感器7 通过控制注气泵6、自动调节阀门4给密封容器1进行注气，当密封容器1中监测的压力示数值与气体压力传感器7设置的压力值一致时，注气泵6自动停止注气，自动调节阀门4 关闭；
③启动加压装置2，在煤样的X、Y、Z三个方向分别进行独立加载，通过控制加载装置2给煤样施加压力，应力-应变传感器3将采集到的数据通过交换机24，传到监控中心25，能够实时监测到煤样应力以及形变量；
④将抽采支管16上的手动阀门Ⅲ18的开度开到全开状态，并确保驱替支管14上的手 动阀门Ⅱ11处于关闭状态；
⑤将抽采主管20上的手动阀门Ⅰ19的开度设置半开状态，启动抽采泵21，进行抽采工作，待综合测量仪23的示数稳定之后，综合测量仪23将采集到的抽采气体浓度、流量、 压力监测数据实时上传至监控中心25；
⑥在上述步骤基础上保持不动，调节抽采主管20上的手动阀门Ⅰ19的开度，重复上述 操作，继续对瓦斯进行抽采；
⑦上述实验结束后，首先关闭气体压力传感器7和抽采主管20上的抽采泵21及手动 阀门Ⅰ19，打开密封容器1上的泄压阀8，开始进行泄压工作；
⑧待泄压工作结束之后，关闭泄压阀8，开启气体压力传感器7，进行注气；
⑨开启驱替支管14上的手动阀门Ⅱ11，并确保抽采支管16上的手动阀门Ⅲ18关闭， 给流量-压力综合测量仪13设定一个流量或压力参数，进行驱替作业；
⑩在驱替作业工作的同时，将抽采主管20上的手动阀门Ⅰ19的开度设置半开状态，启 动抽采泵21，进行抽采工作，综合测量仪23将采集到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据上传到监控中心25；应力-应变传感器3将采集到的数据通过交换机24上传到监控中心25，监测煤样应力以及形变量；
给流量-压力综合测量仪13设定不同的流量、压力参数或更换装有不同气体的驱替 气体罐17，重复上述操作；
做完上述实验之后，将流量-压力综合测量仪13的流量、压力参数设置为零，关闭 驱替支管14上的手动阀门Ⅱ11和抽采主管20上的抽采泵21、手动阀门Ⅰ19，再关闭气体压力传感器7，并打开密封容器1上的泄压阀8，泄压完成后，拆卸密封容器1，取出煤样。
上述系统可以模拟真三轴原煤体在不同应力加载环境下，瓦斯气体在煤层-钻孔-管网流 动的特征，揭示煤矿煤层瓦斯抽采的多场耦合作用机制；可以模拟研究抽采负压-管网阻力- 抽采流量的内在关联性，为抽采管网优化和智能调控提供理论依据；可以模拟气体驱替作 用下煤层瓦斯-驱替气体的多元竞争吸附特性，研究揭示气体驱替下管网瓦斯抽采的增产机 制。
Claims (7)
1.一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，包括盛放煤样的密封容器(1)，其特征在于，还包括加载装置(2)，加载装置(2)作用在密封容器(1)上，实现对煤样的X、Y、Z三个方向进行独立加载，在煤样的四周均安装应力-应变传感器(3)；安装有自动调节阀门(4)的注气管(5)的一端与密封容器(1)连接，注气管(5)的另一端连接注气泵(6)，在密封容器(1)内安装气体压力传感器(7)，气体压力传感器(7)与自动调节阀门(4)电连接；安装有泄压阀(8)的泄压管(9)的一端与密封容器(1)连接，泄压管(9)的另一端连接集气罐(10)；
抽采支管(16)设置为至少3根以上的奇数，抽采支管(16)的一端均深入到煤样中，并与煤样通过封孔材料进行密封，抽采支管(16)的另一端均汇总于抽采主管(20)的一端，抽采主管(20)的另一端连接储气罐(22)，并在抽采主管(20)上安装手动阀门Ⅰ(19)、抽采泵(21)，在抽采支管(16)、抽采主管(20)上均安装综合测量仪(23)；
安装有手动阀门Ⅱ(11)、自动调节抽采泵(12)、流量-压力综合测量仪(13)的驱替支管(14)的一端与安装有三通(15)的抽采支管(16)相连，驱替支管(14)的另一端与驱替气体罐(17)相连，自动调节抽采泵(12)与流量-压力综合测量仪(13)电连接，在安装有三通(15)的抽采支管(16)上安装手动阀门Ⅲ(18)；
应力-应变传感器(3)、综合测量仪(23)采集到的数据均通过交换机(24)上传到监控中心(25)。
2.根据权利要求1所述的一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，其特征在于，抽采支管(16)的个数设置为9根，抽采支管(16)选用直径为12.5mm，插入煤样中的钻孔深度为6cm，封孔材料选用聚氨酯。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，其特征在于，煤样为70cm×50cm×50cm的长方体原煤煤块，通过型煤模具进行制作，并在煤样的四周包裹塑胶橡皮圈。
4.根据权利要求3所述的一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，其特征在于，密封容器(1)为75cm×55cm×55cm的金属立方容器，该金属立方容器采用机械可拆卸式组配。
5.根据权利要求4所述的一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，其特征在于，综合测量仪(23)选用管道瓦斯气体综合参数测定仪。
6.根据权利要求4所述的一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验系统，其特征在于，集气罐(10)、储气罐(22)的进气口均带有螺纹，驱替气体罐(17)的出气口带有螺纹，集气罐(10)、储气罐(22)、驱替气体罐(17)均分别通过螺纹接头与管路连接。
7.一种基于管网系统抽采煤层瓦斯效果的模拟实验方法，其特征在于，包括以下步骤：
①组装该实验系统，组装时手动阀门Ⅰ(19)、手动阀门Ⅱ(11)、手动阀门Ⅲ(18)均处于关闭状态；
②将煤样装入安装有加载装置(2)的密封容器(1)中，给密封容器(1)内注入稳定的空气，使煤样处于稳定的气体压力环境，给气体压力传感器(7)设置一个压力值，当与密封容器(1)中监测的压力示数值不一致时，气体压力传感器(7)通过控制注气泵(6)、自动调节阀门(4)给密封容器(1)进行注气，当密封容器(1)中监测的压力示数值与气体压力传感器(7)设置的压力值一致时，注气泵(6)自动停止注气，自动调节阀门(4)关闭；
③启动加压装置(2)，在煤样的X、Y、Z三个方向分别进行独立加载，通过控制加载装置(2)给煤样施加压力，应力-应变传感器(3)将采集到的数据通过交换机(24)，传到监控中心(25)，能够实时监测到煤样应力以及形变量；
④将抽采支管(16)上的手动阀门Ⅲ(18)的开度开到全开状态，并确保驱替支管(14)上的手动阀门Ⅱ(11)处于关闭状态；
⑤将抽采主管(20)上的手动阀门Ⅰ(19)的开度设置半开状态，启动抽采泵(21)，进行抽采工作，待综合测量仪(23)的示数稳定之后，综合测量仪(23)将采集到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据实时上传至监控中心(25)；
⑥在上述步骤基础上保持不动，调节抽采主管(20)上的手动阀门Ⅰ(19)的开度，重复上述操作，继续对瓦斯进行抽采；
⑦上述实验结束后，首先关闭气体压力传感器(7)和抽采主管(20)上的抽采泵(21)及手动阀门Ⅰ(19)，打开密封容器(1)上的泄压阀(8)，开始进行泄压工作；
⑧待泄压工作结束之后，关闭泄压阀(8)，开启气体压力传感器(7)，进行注气；
⑨开启驱替支管(14)上的手动阀门Ⅱ(11)，并确保抽采支管(16)上的手动阀门Ⅲ(18)关闭，给流量-压力综合测量仪(13)设定一个流量或压力参数，进行驱替作业；
⑩在驱替作业工作的同时，将抽采主管(20)上的手动阀门Ⅰ(19)的开度设置半开状态，启动抽采泵(21)，进行抽采工作，综合测量仪(23)将采集到的抽采气体浓度、流量、压力监测数据上传到监控中心(25)；应力-应变传感器(3)将采集到的数据通过交换机(24)上传到监控中心(25)，监测煤样应力以及形变量；
给流量-压力综合测量仪(13)设定不同的流量、压力参数或更换装有不同气体的驱替气体罐(17)，重复上述操作；
做完上述实验之后，将流量-压力综合测量仪(13)的流量、压力参数设置为零，关闭驱替支管(14)上的手动阀门Ⅱ(11)和抽采主管(20)上的抽采泵(21)、手动阀门Ⅰ(19)，再关闭气体压力传感器(7)，并打开密封容器(1)上的泄压阀(8)，泄压完成后，拆卸密封容器(1)，取出煤样。
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