疏水改变煤层透气性模拟试验装置与增透方法制造方法及图纸

一种疏水改变煤层透气性模拟试验装置与增透方法，包括主体框架、瓦斯施加机构、动态可视观测机构、疏水机构、瓦斯放散控制机构；所述主体框架主要由方形腔体构成，腔体与腔体盖通过螺栓连接，腔体盖中间设有防弹透明玻璃；所述透明防弹玻璃上设有四排螺纹孔，第一排螺纹孔为放水孔，二至四排为放气孔；所述腔体左右侧面分别设有进气口、出气口，腔体上侧面设有进水口；所述瓦斯放散控制机构通过管路与出气口、放气孔相连。疏水煤层增透方法是通过调节进水口、放水孔及放气孔开关模拟疏导煤层内有压水，通过防弹透明玻璃和瓦斯放散控制机构实时观测疏水对煤层透气性影响情况。本发明专利技术可为疏水对煤层透气性的研究提供良好而仿真的试验研究设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及疏水改变煤层透气性模拟试验装置与增透方法。
技术介绍
煤层透气性对煤体内瓦斯的赋存状态、流动特性有显著影响，而煤体及其赋存围岩内的有压水将对煤层的透气性有重要影响作用。煤层中有压水的存在不仅影响煤对瓦斯的吸附、解吸，还会阻塞瓦斯在煤微孔隙流动的通道，在煤体孔隙内产生毛细现象，进而形成毛细管阻力，阻碍了瓦斯进出煤微孔隙内部。故，疏导煤层内有压水及顶底板围岩内的有压水将可能在很大程度上改变煤层的透气性。而目前对煤层透气性的研究大多都没有考虑到疏水对煤层透气性的影响，相关的实验室相似模拟装置更鲜有报道。因此，要想清楚掌握疏水对煤层透气性的影响规律，开发可靠的模拟试验装置显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有疏导煤层及顶板有压水对煤层透气性影响研究的不足，提供一种疏水改变煤层透气性模拟试验装置与增透方法，实现对疏导煤层及顶板有压水对煤层透气性影响的相似模拟研究，为有效保证现场安全高效生产提供指导。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种疏水改变煤层透气性模拟试验装置，包括主体框架、瓦斯施加机构、动态可视观测机构、疏水机构、瓦斯放散控制机构；所述主体框架主要由方形腔体构成，腔体与腔体盖通过螺栓连接，腔体盖中间设有防弹透明玻璃；所述透明防弹玻璃上设有四排螺纹孔，第一排螺纹孔为放水孔，二至四排为放气孔；所述腔体左右侧面分别设有进气口、出气口，腔体上侧面设有进水口；所述瓦斯放散控制机构通过管路与出气口、放气孔相连。所述主体框架包括方形腔体机构，所述方形腔体两个相对侧面中心分别设有进气口、出气口，另一侧面中心设有进水口；腔体外沿与腔体盖子外沿均设有螺栓孔，腔体与腔体盖通过螺栓连接。所述腔体盖上设有动态可视观测机构，所述动态可视观测机构由上下框架、防弹透明玻璃组合而成，防弹透明玻璃固定于上下框架之间。所述防弹透明玻璃上设有四排均匀分布的螺纹孔，每排设有三个螺纹孔；所述螺纹孔可连接螺栓进行密封，或外接管路接头连接外部管路。所述瓦斯施加机构包括进气口接头、出气口接头；所述进气口接头、出气口接头分别接于进气口、出气口处，且接头通过管路与外部瓦斯控制机构相连。所述外部瓦斯控制机构包括瓦斯罐、瓦斯压力表、瓦斯流量计、管路开关和管路；所述瓦斯罐、瓦斯压力表通过管路与方形腔体进气口接头相连，瓦斯流量计通过管路与方形腔体出气口接头相连，且管路上设有管路开关。所述进水口外接水压施加机构，所述水压施加机构包括进水口接头、高压水泵、水压表、水流量计、管路开关和管路。所述疏水机构由位于防弹透明玻璃上的螺纹孔和外部疏水管路组成，疏水过程中可通过防弹透明玻璃观测方形腔体内试样的疏水情况。所述瓦斯放散控制机构由位于防弹透明玻璃上的螺纹孔、外部瓦斯管路和瓦斯流量计组成。疏水改变煤层透气性增透方法，包括如下步骤：a、试样制备：方形腔体机构平放，用硬纸片将方形腔体机构垂直进水口方向分成两个矩形空间，靠近进水口处1/4空间填满砂子，另外3/4空间填满煤粉，将其压实后取出硬纸片，然后加压成型。b、密封装配：将可视观测机构装配于方形腔体机构上，采用密封橡胶圈进行密封，并且通过内六角螺栓将可视观测机构同方形腔体机构契合，可视观测机构上的螺纹孔全部用内六角螺栓密封住，并将进气口接头同外置储气机构连接，出气口接头与瓦斯流量计连接，进水口接头同水枪连接，并依次检查各接口密封性。c、通气吸附：打开进气口开关，关闭出气口开关，对方形腔体内试样通瓦斯8小时以上，使试样充分吸附瓦斯后，关闭进气口。d、注水：使方形腔体进水口朝上，打开进水口开关，向腔体内试样压水，同时打开放气口排放瓦斯，通过防弹透明玻璃观测顶板水对试样的影响范围。e、疏水增透：本专利技术可采用三种方法对试样疏水增透：(1)疏导顶板水卸压增透：关闭进水口，依次打开方形腔体盖上防弹透明玻璃上端第一排放水孔，对试样顶板进行疏水卸压，同时监测出气口处瓦斯流量计的瓦斯放散参数(瓦斯放散速度、累积瓦斯放散量)。通过疏导顶板有压水，减少顶板有压水流入下部煤层，封堵瓦斯在煤微孔隙、裂隙中的运移通道；同时，疏导顶板水可实现对含水煤层的局部卸压，在压力梯度的驱使下，促进吸附于煤体中的瓦斯解吸，转化为游离瓦斯；另外，对顶板疏水卸压可增加煤层内瓦斯运移通道的畅通性、连通性，为瓦斯在煤层中运移提供条件。(2)疏导煤层水卸压增透：关闭方形腔体盖上防弹透明玻璃上端第一排放水孔，按照不同组合方式，依次打开防弹透明玻璃上第二至四排放气孔，对试样煤层进行疏水卸压，同时监测出气口和放气孔处瓦斯流量计的瓦斯放散参数(瓦斯放散速度、累积瓦斯放散量)。通过疏导煤层有压水，减小水对煤体瓦斯解吸的抑制作用，促进吸附于煤体的瓦斯转化为游离瓦斯，增加游离瓦斯量和瓦斯压力梯度，加快瓦斯在煤层中的运移；同时，疏导煤层有压水使煤层孔隙、裂隙结构中的水流出，疏通瓦斯在微孔隙、裂隙流动的通道，减少微孔隙、裂隙结构内形成阻碍瓦斯运移水膜的出现，增大煤层的透气性；另外，通过局部疏导煤层有压水，使未疏水部分煤体与疏水部分煤体形成压力差，促使未疏水部分煤体产生压裂增透效应，增大煤层的透气性。(3)煤层水压致裂增透：关闭放气口，通过方形腔体盖上防弹透明玻璃中部的放气孔向煤层中钻孔，然后，将致裂筛管插入钻孔中并封孔，致裂筛管外接高压水泵，对试样煤层进行水压致裂增透，同时通过防弹透明玻璃观测煤层致裂情况；待煤层充分致裂后，关闭致裂
筛管开关，打开致裂筛管周围放气孔，对煤层疏水卸压；一段时间后，在放气口和致裂筛管周围放气孔处接负压抽采泵，负压抽采煤层内瓦斯，同时监测抽采管路上瓦斯流量计的瓦斯放散参数(瓦斯放散速度、累积瓦斯放散量)。通过对煤层水压致裂增大煤层透气性，然后疏水卸压，实现促进煤体瓦斯解吸、渗流，达到对煤层增透的目的。f、数据观测：在对试样疏水增透过程中，通过防弹透明玻璃和瓦斯放散控制机构实时观测疏水对煤层透气性影响情况。本专利技术的有益效果：1、本专利技术可通过调节进水口、放水孔及放气孔开关模拟疏导煤层内有压水，通过防弹透明玻璃和瓦斯流量计实时观测疏水对煤层透气性影响情况，为疏水对煤层透气性的研究提供良好而仿真的试验研究设备。2、方形腔体盖上设有防弹透明玻璃，可动态可视观测顶板水的影响范围和试样的疏水情况。3、方形腔体盖防弹玻璃上设有四排螺纹孔，可分级逐步对腔体内试样疏水和放散瓦斯，同时可通过该螺纹孔向试样插入压裂管，对试样压裂增透。附图说明图1为本专利技术疏水改变煤层透气性模拟试验装置的主视图；图2为本专利技术疏水改变煤层透气性模拟试验装置的俯视图；图3为本专利技术疏水改变煤层透气性模拟试验装置的左视图；图4为本专利技术疏水改变煤层透气性模拟试验装置的分解图；图中：1—下边框；2—上边框；3—防弹透明玻璃；4—进气口接头；5—进水口接头；6—出气口接头；7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18—边框固定内六角螺栓；19、20、21—放水螺纹孔；22、23、24、25、26、27、28、29、30—放气螺纹孔；31—方形腔体。具体实施方式下面结合附图，进一步详细说明本专利的具体实施方式。如图1、图2和图3所示，一种疏水改变煤层透气性模拟试验装置，包括主体框架、瓦斯施加机构、动态可视观测机构、疏水机构、瓦斯放散控制机构；所述主体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种疏水改变煤层透气性模拟试验装置，包括主体框架、瓦斯施加机构、动态可视观测机构、疏水机构、瓦斯放散控制机构；所述主体框架主要由方形腔体构成，腔体与腔体盖通过螺栓连接，腔体盖中间设有防弹透明玻璃；所述透明防弹玻璃上设有四排螺纹孔，第一排螺纹孔为放水孔，二至四排为放气孔；所述腔体左右侧面分别设有进气口、出气口，腔体上侧面设有进水口；所述瓦斯放散控制机构通过管路与出气口、放气孔相连。

【技术特征摘要】
1.一种疏水改变煤层透气性模拟试验装置，包括主体框架、瓦斯施加机构、动态可视观测机构、疏水机构、瓦斯放散控制机构；所述主体框架主要由方形腔体构成，腔体与腔体盖通过螺栓连接，腔体盖中间设有防弹透明玻璃；所述透明防弹玻璃上设有四排螺纹孔，第一排螺纹孔为放水孔，二至四排为放气孔；所述腔体左右侧面分别设有进气口、出气口，腔体上侧面设有进水口；所述瓦斯放散控制机构通过管路与出气口、放气孔相连。2.根据权利要求1所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述主体框架包括方形腔体机构，所述方形腔体两个相对侧面中心分别设有进气口、出气口，另一侧面中心设有进水口；腔体外沿与腔体盖子外沿均设有螺栓孔，腔体与腔体盖通过螺栓连接。3.根据权利要求2所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述腔体盖上设有动态可视观测机构，所述动态可视观测机构由上下框架、防弹透明玻璃组合而成，防弹透明玻璃固定于上下框架之间。4.根据权利要求3所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述防弹透明玻璃上设有四排均匀分布的螺纹孔，每排设有三个螺纹孔；所述螺纹孔可连接螺栓进行密封，或外接管路接头连接外部管路。5.根据权利要求1所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述瓦斯施加机构包括进气口接头、出气口接头；所述进气口接头、出气口接头分别接于进气口、出气口处，且接头通过管路与外部瓦斯控制机构相连。6.根据权利要求5所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述外部瓦斯控制机构包括瓦斯罐、瓦斯压力表、瓦斯流量计、管路开关和管路；所述瓦斯罐、瓦斯压力表通过管路与方形腔体进气口接头相连，瓦斯流量计通过管路与方形腔体出气口接头相连，且管路上设有管路开关。7.根据权利要求2所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述进水口外接水压施加机构，所述水压施加机构包括进水口接头、高压水泵、水压表、水流量计、管路开关和管路。8.根据权利要求1所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述疏水机构由位于防弹透明玻璃上的螺纹孔和外部疏水管路组成，疏水过程中可通过防弹透明玻璃观测方形腔体内试样的疏水情况。9.根据权利要求1所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：所述瓦斯放散控制机构由位于防弹透明玻璃上的螺纹孔、外部瓦斯管路和瓦斯流量计组成。10.疏水改变煤层透气性增透方法，利用权利要求1-9之一所述的疏水改变煤层透气性模拟试验装置，其特征在于：包括如下步骤：a、试样制备：方形腔体机构平放，用硬纸片将方形腔体机构垂直进水口方向分成两个矩形空间，靠近进水口处1/4空间填满砂子，另外3/4空间填满煤粉，将其压实后取出硬纸片，然后加压成型。b、密封装配：将可视观测机构装配于方形腔体机...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪宝，琚楠松，樊静丽，张欢，张勉，王飞虎，张若蘅，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11