本发明专利技术公开了一种基于溶液原位压注的煤体渗透
【技术实现步骤摘要】
一种基于溶液原位压注的煤体渗透
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润湿实验系统
[0001]本专利技术公开了一种基于溶液原位压注的煤体渗透
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润湿实验系统,属于煤层气/瓦斯抽采和粉尘防空领域。
技术介绍
[0002]能源是国民经济发展的物质基础,能源的开发与利用程度是人类文明发展水平的重要标志。煤炭在我国能源消费中的主体地位。瓦斯抽采是保障煤炭安全高效开采的重要方法,但我国煤层渗透率普遍偏低、瓦斯抽采效果不佳,注水润湿煤体困难,而开采期间,由于煤尘表面的疏水性和水的高表面张力使得煤尘也不容易被水迅速、有效的润湿,喷雾降尘效果差。特别是随着矿井开采深度增加,煤层地质构造愈发复杂、孔隙更加致密、渗透率显著降低,导致煤体增渗、润湿及降尘问题更加突出。
[0003]地下煤层处于三向不等应力状态,煤层温度也随埋深的增加而增加,且煤体孔裂隙充满瓦斯、水分,常规的假三轴仪器设备无法模拟现场真三轴应力路径下煤体增渗强润的多场多相复杂耦合过程。
技术实现思路
[0004]针对现有技术的不足,本专利技术提供了一种基于溶液原位压注的煤体渗透
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润湿实验系统,能模拟实际环境中真三轴应力路径下,煤体渗透润湿的过程。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现:
[0006]一种基于溶液原位压注的煤体渗透
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润湿实验系统,包括:高压密封腔体、应力加载及控制装置、原位压注装置、注气装置、声发射装置、温控装置和数据采集及控制装置;
[0007]所述高压密封腔体固定在支架上,所述高压密封腔体包括顶部用于与所述高压密封腔体形成密闭结构的顶端盖板、内部用于包裹煤样的氟橡胶套和底部用于将所述煤样从底部推入高压密封腔体内的垂向推板,所述氟橡胶套置于围压腔体内部;
[0008]所述顶端盖板上有原位压注孔和气体注入孔,所述原位压注孔与向所述煤样注入溶液的所述原位压注装置通过高压注水管路连接,所述气体注入孔与向所述煤样注入气体的所述注气装置通过高压注气管路连接;
[0009]所述高压密封腔体与提供三向应力的所述应力加载及控制装置通过油路连接;
[0010]所述高压密封腔体与用于监测所述煤样在加压过程中的声信号的所述声发射装置通过线路连接;
[0011]所述高压密封腔体与用于改变试验过程温度的所述温控装置通过循环泵连接;
[0012]所述高压密封腔体与对试验过程所有参数进行采集的所述数据采集及控制装置通过管路连接。
[0013]进一步,所述氟橡胶套的四周安装有第二推板、第三推板、第四推板和第五推板,所述第二推板、第三推板、第四推板和第五推板为轴向推板,用于对煤样X轴和Y轴方向上的压力加载,所述氟橡胶套的底部有垂向推板,所述垂向推板用于对煤样Z轴方向上的压力加
载,所述轴向推板和垂向推板分别与活塞顶杆相连,所述活塞顶杆与活塞连接,所述活塞与油缸连接,所述油缸与所述应力加载及控制装置连接,所述活塞与所述活塞顶杆的内部设置位移传感器,所述位移传感器为第一位移传感器、第二位移传感器、第三位移传感器、第四位移传感器和第五位移传感器,所述第一位移传感器和第四位移传感器用于监测X轴两边的轴向推板位移,所述第二位移传感器和第五位移传感器用于监测Y轴两边的轴向推板位移,所述第三位移传感器用于监测Z轴的垂向推板位移。
[0014]进一步,所述应力加载及控制装置包括第一伺服液压站、第二伺服液压站、第三伺服液压站、围压泵、第三压力传感器、第四压力传感器、第五压力传感器和第八压力传感器;所述第一伺服液压站、第二伺服液压站、第三伺服液压站分别通过安装有压力传感器的油路连接到对X、Y和Z轴三个方向加压的所述油缸;所述围压泵与所述氟橡胶套连接,通过所述围压泵向所述围压腔体注入液压油来对所述氟橡胶套加压,保证所述氟橡胶套与煤样贴紧,同时所述围压泵也会对所述煤样的X、Y轴进行加压;所述第三压力传感器为监测围压压力,所述第四压力传感器为监测X轴压力,所述第五压力传感器为监测Y轴压力,所述第八压力传感器为监测Z轴压力。
[0015]进一步,所述原位压注装置包括注水泵、注水控制台、化学溶液容器和高压注水管路,所述注水控制台、注水泵和化学溶液容器依次通过所述高压注水管路连接,所述注水泵有恒压、恒流和脉动三种注水模式,所述化学溶液容器包括下部空间、活塞、上部空间;所述高压注水管路上设有第四阀门、第六阀门、第二放空阀门和第二压力传感器,所述第二压力传感器为监测注水压力。
[0016]进一步,所述注气装置包括高压气瓶、吸附参比罐和高压注气管路;所述高压气瓶通过高压注气管路与所述高压密封腔体连接,所述高压注气管路上设有增加气体压力的气体增压泵、控制气体流动的阀门、第一压力传感器和储存气体的储气罐,所述第一压力传感器为监测进气压力,所述高压注气管路上依次设有第一阀门、调压阀、第二阀门、第三阀门、第五阀门、第一放空阀门。
[0017]进一步,所述声发射装置包括声发射探头、声发射转化器和声发射主机;所述声发射探头位于所述顶端盖板和所述垂向推板内部,所述声发射探头与声发射转化器通过电缆连接,所述声发射转化器通过电缆与所述声发射主机连接。
[0018]进一步,所述温控装置包括加热油箱、循环泵、温度探头和加热棒;所述加热棒与所述温度探头位于所述加热油箱内部;所述加热油箱通过循环泵与所述高压密封腔体连接。
[0019]进一步,所述数据采集及控制装置包括气液分离器、干燥器、电磁阀、气体流量计、数据采集及控制计算机、回压泵、缓冲罐、回压阀、第六压力传感器和第七压力传感器;所述回压泵、缓冲罐和回压阀依次连接,所述数据采集及控制计算机、气体流量计、电磁阀、干燥器、电子天平和气液分离器依次连接,所述气液分离器与所述回压阀连接,所述回压阀通过管路连接到高压密封腔体,所述回压阀可控制出口压力,所述第六压力传感器为监测出口压力,所述第七压力传感器为监测回压阀压力,所述电子天平为液相测渗透率时监测渗流液体的质量,用于计算液相渗透率。
[0020]本专利技术的有益效果:
[0021](1)本专利技术可以真实还原煤层在井下高温、高应力、高孔隙压力的赋存状态,通过
高压密封腔体、围压泵、三向液压泵实现真三轴应力加载。
[0022](2)通过围压保证氟橡胶套与煤样四周紧密贴合,保证渗流实验过程中气体只从煤样中流动,来开展真三轴渗流实验。
[0023](3)采用高压脉动注入泵可对煤体进行脉动压注,可在较短时间内对煤样反复作用、使煤样不断出现膨胀、收缩导致煤样疲劳破坏,煤样强面得到弱化、煤样弱面进一步延伸、从而达到煤样破裂程度增加、煤样裂隙的连通性增强和提高裂隙发育的均匀性。高压脉动注入泵配备增渗溶液容器可将不同化学溶液注入煤体,实现增渗或者强润的不同目的。
[0024](4)可以通过声发射装置监测煤体损伤、裂隙起裂、扩展及分布特性,通过数据采集和控制装置实时监测和记录实验过程中的三向应力、气体压力、注水压力、温度等参数。
附图说明
[0025]图1本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于溶液原位压注的煤体渗透
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润湿实验系统,其特征在于,所述实验系统包括:高压密封腔体、应力加载及控制装置、原位压注装置、注气装置、声发射装置、温控装置和数据采集及控制装置;所述高压密封腔体固定在支架上,所述高压密封腔体包括顶部用于与所述高压密封腔体形成密闭结构的顶端盖板、内部用于包裹煤样的氟橡胶套和底部用于将所述煤样从底部推入高压密封腔体内的垂向推板,所述氟橡胶套置于围压腔体内部;所述顶端盖板上有原位压注孔和气体注入孔,所述原位压注孔与向所述煤样注入溶液的所述原位压注装置通过高压注水管路连接,所述气体注入孔与向所述煤样注入气体的所述注气装置通过高压注气管路连接;所述高压密封腔体与提供三向应力的所述应力加载及控制装置通过油路连接;所述高压密封腔体与用于监测所述煤样在加压过程中的声信号的所述声发射装置通过线路连接;所述高压密封腔体与用于改变试验过程温度的所述温控装置通过循环泵连接;所述高压密封腔体与对试验过程所有参数进行采集的所述数据采集及控制装置通过管路连接。2.根据权利要求1所述的实验系统,其特征在于,所述氟橡胶套的四周安装有用于挤压所述氟橡胶套的推板,所述推板与活塞顶杆相连,所述活塞顶杆与活塞连接,所述活塞与油缸连接,所述活塞与所述活塞顶杆内设置监测所述推板位移情况的位移传感器。3.根据权利要求1所述的实验系统,其特征在于,所述应力加载及控制装置包括第一伺服液压站、第二伺服液压站、第三伺服液压站和围压泵。4.根据权利要求2或3所述的实验系统,其特征在于,所述第一伺服液压站、第二伺服液压站和第三伺服液压站分别通过油路连接到所述油缸,所述围...
【专利技术属性】
技术研发人员:郑春山,韩飞林,薛生,江丙友,李贺,郑晓亮,李尧斌,任波,郑苑楠,赵洋,
申请(专利权)人:安徽理工大学,
类型:发明
国别省市:
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