破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸-扩散-渗流试验系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸‑扩散‑渗流试验系统，属于煤岩体力学性质试验的技术领域，破碎煤岩体三轴渗流试验装置包括具有围压腔体的底座、用于将底座的开口密封的上盖、加载杆和试件筒；试件筒包括套筒以及用于放置待测试件的橡胶皮套；套筒和橡胶皮套均为贯通的中空结构；套筒的筒壁上均匀布置有多个通孔；橡胶皮套的外壁上设置有环形的套筒容纳槽。上述破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸‑扩散‑渗流试验系统可以在试验室开展不同覆压、不同水压作用下的含瓦斯破碎煤岩体解吸‑扩散‑渗流试验研究。

Triaxial seepage test device and desorption-diffusion-seepage test system for fractured coal and rock mass

The invention provides a triaxial seepage test device and a desorption, diffusion and seepage test system for crushed coal and rock mass, which belongs to the technical field of mechanical property test of coal and rock mass. The triaxial seepage test device for crushed coal and rock mass includes a base with confining pressure chamber, an upper cover for opening sealing the base, a loading rod and a specimen tube; the specimen tube includes a sleeve and a sleeve for placing the test piece. Rubber sheath; sleeve and rubber sheath are hollow structure; sleeve wall is evenly arranged with multiple through holes; rubber sheath outer wall is provided with ring-shaped sleeve holding groove. The above-mentioned triaxial seepage test device and desorption-diffusion-seepage test system for fractured coal and rock mass can carry out desorption-diffusion-seepage test for gas-bearing fractured coal and rock mass under different overburden pressures and different water pressures in the laboratory.

【技术实现步骤摘要】
破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸-扩散-渗流试验系统
本专利技术涉及煤岩体力学性质试验的
，特别是涉及一种破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸-扩散-渗流试验系统。
技术介绍
随着我国煤炭资源开采强度的不断增加，将会有越来越多的矿井被开采完成为废弃矿井，预计2020年我国废弃矿井数量将达到1.2万个，到2030年将达到1.5万个，其中废弃矿井采空区中蕴含有丰富的资源，初步估计其中赋存的煤炭资源高达420亿吨，煤层气资源近5000亿m³，我国废弃矿井数量多、资源量丰富、开发潜力巨大，对废弃矿井中遗存的煤层气进行抽采不仅可以达到缓解我国天然气资源紧张的问题，而且可以实现保护环境的目的取得良好的环保效益和经济效益。废弃矿井采空区内环境十分复杂，首先采空区上覆岩层垮落形成“三带”（垮落带、裂隙带和弯曲下沉带），采空区内遗留的大量煤炭主要赋存于垮落带中，这些破碎的煤岩体是废弃矿井采空区中瓦斯的主要来源，由于没有预埋抽采管道，我国主要以地面钻井的方式抽采废弃矿井内的瓦斯，在抽采过程中遇到了一定的困难，即当钻井抽出来水时则没有瓦斯存在，形成了“有水则无瓦斯”的现象。当废弃矿井采空区被水淹没后，采空区内瓦斯、水和煤岩体共存，形成了气水岩三介质共存的复杂环境，三者之间通过耦合作用相互影响，被水淹没后的废弃矿井采空区底部的破碎煤岩体不仅承受上覆岩层的重量，同时还受到一定的水头压力作用，此时作为废弃矿井采空区瓦斯主要来源的含瓦斯破碎煤岩体承受覆压和水压的联合作用，要解决实际的工程问题首先要搞清楚其中存在的机理，针对这一工程面临的难题相关学者展开了一定的研究但仍然存在一些问题。瓦斯在破碎煤岩体中的运移过程为解吸-扩散-渗流的动力学过程，目前对于单一的吸附解吸、扩散、渗透过程的研究较多，对于覆盖整个过程的相关研究较少，其中小颗粒干燥或者含水煤样等温吸附试验与废弃矿井采空区破碎煤岩体所处环境现实情况相去甚远，某些相关试验中试样采用煤粉粒及其加工而成的型煤，破坏了煤体原始的孔裂隙结构，同时大多数试验测试装置存在无轴压、无围压的情况，不能对真实的储层环境进行模拟，对于废弃矿井采空区内的含瓦斯破碎煤岩体被水淹没来说，首先存在一定的水头压力，水头压力对破碎煤岩体瓦斯的吸附解吸影响很大，因此，有必要在试验室对废弃矿井采空区含瓦斯破碎煤岩体开展水压下瓦斯解吸效应试验研究，同时废弃矿井采空区内的含瓦斯破碎煤岩体被重新压实，也受到上覆岩层应力的作用，而应力对破碎煤岩体的孔裂隙结构影响较大，含瓦斯破碎煤岩体孔裂隙结构又与淹没过程中水分的运移直接相关，所以试验装置需要同时考虑水压和覆压的联合作用，只有这样将含瓦斯破碎煤岩体放在储层压力下然后向其中注水淹没，注入到废弃矿井采空区相对应的水头压力，然后进行解吸-扩散-渗流试验，这样得到的试验结果才更加真实有效，更加符合实际情况。
技术实现思路
本专利技术提供一种破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸-扩散-渗流试验系统，在试验室开展不同覆压、不同水压作用下的含瓦斯破碎煤岩体解吸-扩散-渗流试验研究，用以揭示被水淹没后的废弃矿井采空区内含瓦斯破碎煤岩体的解吸-扩散-渗流运移机理，进一步探究废弃矿井采空区抽采时“有水则无瓦斯”的现象。为实现上述目的，本专利技术提供一种破碎煤岩体三轴渗流试验装置，包括具有围压腔体的底座、用于将底座的开口密封的上盖、加载杆和试件筒；底座内设置有用于容纳试件筒的下圆形凹槽，下圆形凹槽的下方安装有下散流器，下散流器的下方设置有连通围压腔体和底座外部环境的进/抽气通道，底座的侧壁上设置有连通围压腔体和底座外部环境的进水通道；上盖的下端面上设置有用于容纳试件筒的上圆形凹槽，上圆形凹槽的上方安装有上散流器；加载杆从上盖的上端面伸入所述上盖内，且设置有连通围压腔体和底座外部环境的出气通道；出气通道的进气口位于上散流器的上方；加载杆、上盖、出气通道的进气口、上散流器、上圆形凹槽、底座、下圆形凹槽、下散流器、进/抽气通道的出气口和试件筒的中心线共线；上散流器和下散流器分别与待测试件的上端面和下端面吻合；试件筒包括套筒以及用于放置待测试件的橡胶皮套；套筒和橡胶皮套均为贯通的中空结构；套筒的筒壁上均匀布置有多个通孔；橡胶皮套的外壁上设置有环形的套筒容纳槽。进一步地，上盖上设置有与围压腔体内壁密封接触的密封圈。进一步地，下散流器和上散流器均为蜂孔散流器。进一步地，套筒的内壁向内凹陷，与橡胶皮套的外壁围合成水压腔。本专利技术还提供一种破碎煤岩体解吸-扩散-渗流试验系统，包括液压伺服加载系统、吸附平衡系统、解吸测试系统和水压自控系统；液压伺服加载系统包括液压伺服压力机以及上述任一项所述的破碎煤岩体三轴渗流试验装置；液压伺服压力机的加载压头对加载杆施加压力；吸附平衡系统包括真空泵、瓦斯瓶以及与所述破碎煤岩体三轴渗流试验装置的进/抽气通道密封连接的进/抽气主管；真空泵和瓦斯瓶并联，且分别与进/抽气主管连接；解吸测试系统包括与所述破碎煤岩体三轴渗流试验装置的出气通道密封连接的出气主管、用于收集出气主管逸出气体的瓦斯收集装置以及用于称量瓦斯收集装置重量的称量装置；水压自控系统包括稳压罐、压力传感器、调压气瓶、供水箱、试压水泵和电子控制器；稳压罐的顶部与四通接头I的第一接口连接，底部与三通接头I的第一接口连接；压力传感器与四通接头I的第二接口连接；调压气瓶内装有不溶于水的气体，通过气管与四通接头I的第三接口连接；试压水泵的进水口通过水管与供水箱连接，出水口通过水管与三通接头I的第二接口连接；破碎煤岩体三轴渗流试验装置的进水通道通过水管与三通接头I的第三接口连接；破碎煤岩体三轴渗流试验装置和三通接头I之间的水管上安装有截止阀I；电子控制器分别与压力传感器和试压水泵的断路器电连接，接收压力传感器的检测值并与预设值比较，以控制试压水泵的开闭。进一步地，吸附平衡系统还包括与瓦斯瓶串联的缓存罐；缓存罐的罐口连接有压力表I，通过气管与进/抽气主管连接。进一步地，瓦斯收集装置包括储液槽和气体收集筒；储液槽和气体收集筒内均装有液体，瓦斯不与所述液体反应且不易溶于所述液体；出气主管伸入气体收集筒内，将气体收集筒内的液体排到储液槽内。进一步地，称量装置包括电子秤以及与电子秤连接的计算机；储液槽和气体收集筒均放置在电子秤上；计算机用于记录电子秤的称量值；解吸测试系统还包括记录气体收集筒内气体体积变化的拍摄装置。进一步地，四通接头I的第四接口上设置有排气管；排气管上设置有排气阀。进一步地，压力传感器和电子控制器集成在智能数显压力表内；智能数显压力表安装在四通接头I的第二接口上；断路器为空气断路器。与现有的技术相比，本专利技术提供的破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸-扩散-渗流试验系统具有以下的优点与积极效果：（1）本专利技术提供的破碎煤岩体三轴渗流试验装置由专利技术人自主研发，采用均布通孔的套筒和橡胶皮套，实现了以水为介质的围压加载，通过液压伺服压力机对待测试件加载轴压，可以实现对不同储层环境的模拟，实现了覆压水压对破碎煤岩体的联合作用；（2）试件筒包括橡胶皮套和套设在橡胶皮套外的带孔套筒，刚柔并济的设计思想既满足了气密性又保证了围压加载的均匀性，拆卸方便、装配紧密，通过更换橡胶皮套可以满足对不同试件如裂隙煤岩体或者完整煤岩体的测试要求，适用性更广；（3）本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种破碎煤岩体三轴渗流试验装置，其特征在于，包括具有围压腔体的底座、用于将底座的开口密封的上盖、加载杆和试件筒；所述底座内设置有用于容纳试件筒的下圆形凹槽，下圆形凹槽的下方安装有下散流器，下散流器的下方设置有连通围压腔体和底座外部环境的进/抽气通道，底座的侧壁上设置有连通围压腔体和底座外部环境的进水通道；所述上盖的下端面上设置有用于容纳试件筒的上圆形凹槽，上圆形凹槽的上方安装有上散流器；所述加载杆从上盖的上端面伸入所述上盖内，且设置有连通围压腔体和底座外部环境的出气通道；所述出气通道的进气口位于上散流器的上方；所述加载杆、上盖、出气通道的进气口、上散流器、上圆形凹槽、底座、下圆形凹槽、下散流器、进/抽气通道的出气口和试件筒的中心线共线；所述上散流器和下散流器分别与待测试件的上端面和下端面吻合；所述试件筒包括套筒以及用于放置待测试件的橡胶皮套；所述套筒和橡胶皮套均为贯通的中空结构；所述套筒的筒壁上均匀布置有多个通孔；所述橡胶皮套的外壁上设置有环形的套筒容纳槽。

【技术特征摘要】
1.一种破碎煤岩体三轴渗流试验装置，其特征在于，包括具有围压腔体的底座、用于将底座的开口密封的上盖、加载杆和试件筒；所述底座内设置有用于容纳试件筒的下圆形凹槽，下圆形凹槽的下方安装有下散流器，下散流器的下方设置有连通围压腔体和底座外部环境的进/抽气通道，底座的侧壁上设置有连通围压腔体和底座外部环境的进水通道；所述上盖的下端面上设置有用于容纳试件筒的上圆形凹槽，上圆形凹槽的上方安装有上散流器；所述加载杆从上盖的上端面伸入所述上盖内，且设置有连通围压腔体和底座外部环境的出气通道；所述出气通道的进气口位于上散流器的上方；所述加载杆、上盖、出气通道的进气口、上散流器、上圆形凹槽、底座、下圆形凹槽、下散流器、进/抽气通道的出气口和试件筒的中心线共线；所述上散流器和下散流器分别与待测试件的上端面和下端面吻合；所述试件筒包括套筒以及用于放置待测试件的橡胶皮套；所述套筒和橡胶皮套均为贯通的中空结构；所述套筒的筒壁上均匀布置有多个通孔；所述橡胶皮套的外壁上设置有环形的套筒容纳槽。2.根据权利要求1所述的破碎煤岩体三轴渗流试验装置，其特征在于，所述上盖上设置有与围压腔体内壁密封接触的密封圈。3.根据权利要求1所述的破碎煤岩体三轴渗流试验装置，其特征在于，所述下散流器和上散流器均为蜂孔散流器。4.根据权利要求1所述的破碎煤岩体三轴渗流试验装置，其特征在于，所述套筒的内壁向内凹陷，与橡胶皮套的外壁围合成水压腔。5.一种破碎煤岩体解吸-扩散-渗流试验系统，其特征在于，包括液压伺服加载系统、吸附平衡系统、解吸测试系统和水压自控系统；所述液压伺服加载系统包括液压伺服压力机以及如权利要求1-4任一项所述的破碎煤岩体三轴渗流试验装置；所述液压伺服压力机的加载压头对加载杆施加压力；所述吸附平衡系统包括真空泵、瓦斯瓶以及与所述破碎煤岩体三轴渗流试验装置的进/抽气通道密封连接的进/抽气主管；所述真空泵和瓦斯瓶并联，且分别与进/抽气主管连接；所述解吸测试系统包括与所述破碎煤岩体三轴渗流试验装置的出气通道密封连接的出气主管、...

【专利技术属性】
技术研发人员：金智新，张纯旺，冯国瑞，宋选民，张玉江，胡胜勇，戚庭野，姜海纳，郭育霞，李振，崔家庆，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14