【技术实现步骤摘要】
本专利技术创造涉及一种模拟实验系统，尤其可以有效模拟在不同轴压和围压条件下煤层注水驱替过程中瓦斯压力变化规律以及水驱气两相渗流规律的分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统。
技术介绍
1、随着煤炭资源开采的不断进行，我国煤矿逐步进入深部开采阶段。在深部开采时，地应力随之升高，另外，由于采掘活动影响，易形成应力集中区。在地应力作用下，易形成地应力与瓦斯的耦合作用，形成地应力主导型的煤与瓦斯突出事故。为了提高矿井瓦斯灾害防治的精准性，亟需深入了解地应力作用下含瓦斯煤的解吸特性，更好对煤与瓦斯突出的防治技术进行研究。
2、煤层注水作为一种防治煤与瓦斯突出的技术措施,既可以作为区域防突措施,也可以作为局部防突措施，煤层注水过程中产生的驱替前缘是一个气水突变界面，水对原吸附于煤体表面的瓦斯气体分子产生竞位脱附作用，使得原先吸附于煤体表面的瓦斯气体分子产生脱附，由吸附态变为游离态，而注水驱替瓦斯主要是对游离的气体推动作用。煤层注水过程为高压水在多孔介质煤体中驱替裂隙中游离瓦斯、在毛细管力作用下置换封堵游离瓦斯的过程,同时煤层注水可改变煤体力学性质及采场应力的重新分布，对造成煤与瓦斯突出因素同时产生影响,达到消除煤与瓦斯突出的作用。
3、煤层注水过程为高压水在多孔介质煤体中驱替裂隙中游离瓦斯、在毛细管力作用下置换封堵游离瓦斯的过程,同时煤层注水可改变煤体力学性质及采场应力的重新分布，对造成煤与瓦斯突出因素同时产生影响,达到消除煤与瓦斯突出的作用。但在不同的水分含量以及不同的注水量压力对瓦斯解吸的影响目前有所欠缺，主要为理论
技术实现思路
1、本专利技术专利要解决的是技术问题是解决煤层注水驱替瓦斯定量化实验分析，本专利技术提供了一种分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统及实验方法，可以有效模拟提供地应力作用下，瓦斯吸附、注水驱替瓦斯、瓦斯运移、解吸的相关规律。
2、为解决上述技术问题，本专利技术创造采用分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统,包括压力试验机(1)，所述的压力试验机(1)上设有油压腔(7)，油压腔(7)内设有瓦斯机构，压力试验机(1)的施压结构穿过油压腔(7)向瓦斯机构施压；外部水箱(11)中的水由水泵(12)抽出后经过压力、流量计(10)进入瓦斯机构下部的注水孔(2)；瓦斯机构的瓦斯排气孔(6)通过连通管顺序连接瓦斯解析仪(17)和真空泵(18)；瓦斯机构的注、排气孔(8)通过连通管顺序与充气泵(20)、压力表(19)与瓦斯钢瓶(22)相连，注、排气孔(8)通过阀门和瓦斯解吸仪(17)相连；瓦斯机构的排水孔9通过阀门与量筒(21)相连；注油孔(3)通过连通管顺序与注油泵(13)、油压伺服系统(14)相接；压力试验机(1)通过压力传感器(4)和压力流量计(10)与数据采集仪(5)及微机(16)匹配信息电连接。
3、优选的，煤体(24)上部相连瓦斯排气管(23)，煤体(24)下部相连注水管(25)。
4、优选的，所述瓦斯腔中部承压板(30)外圈设有紧固螺栓孔(27)及o型密封圈，内圈周围设有腔体等压孔及其瓦斯腔孔。
5、采用所述的分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统进行实验的方法，其步骤为：
6、1)压力试验机(1)对煤体(24)施加轴向的压力，通过注油泵(13)对封闭的油压腔(7)注入油压，在油压伺服系统(14)对煤样施加恒定的径向压力，模拟煤层注水煤体所受的地应力；
7、2)关闭瓦斯排气孔(6)、注水孔(2)、排水孔(9)，打开注、排气孔(8)，通过真空泵(18)对封闭系统进行真空脱气，系统真空度小于10pa，脱气完成后，通过充气泵(20)将瓦斯气体注入瓦斯腔(5)内，上下煤样对瓦斯进行吸附，通过压力传感器(4)监测瓦斯腔(5)压力变化，判断瓦斯吸附结束；
8、3)对水箱(11)注入普通水或是添加注水添加剂的水，关闭排水孔(9)、注、排气孔(8)，打开瓦斯排气孔(6)、注水孔(2)，通过注水泵(12)抽取水箱中的液体，进行不同注水压力、注水流量对煤体中的瓦斯和瓦斯腔(5)中的瓦斯进行驱替；
9、4)采集不同含水率煤体在轴压、围压变化和平衡瓦斯压力变化下的实验结果，根据瓦斯吸附和煤层注水实验方法，可以得到煤体对瓦斯吸附的变化规律、瓦斯抽采压力对瓦斯解吸的变化规律、不同含水率煤体随着瓦斯吸附过程变形规律和不同含水率煤体随着瓦斯吸附过程变形规律，从而达到煤层注水动态驱替瓦斯效应。
10、本专利技术创造的有益效果为：
11、本申请专利技术分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统，有益效果如下：
12、第一、相比传统的煤层注水驱替实验系统，本专利技术通过对油压腔注入油压，在油压伺服系统对煤样施加恒定的径向压力，形成上下径向压力和轴向压力的三轴压力，更好模拟现场煤层注水煤体所受的地应力；
13、第二、采用上下分段式，再一次大大的提高煤样吸附瓦斯能力，可以更好的监测瓦斯腔压力变化，同时节省了煤样瓦斯吸附的时间。
14、第三、可以添加不同的注水添加剂，解决了单一注水驱替瓦斯试验问题，极大地满足了实验多样式需求。
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1.分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统，其特征在于：包括压力试验机(1)，所述的压力试验机(1)上设有油压腔(7)，油压腔(7)内设有瓦斯机构，压力试验机(1)的施压结构穿过油压腔(7)向瓦斯机构施压；外部水箱(11)中的水由水泵(12)抽出后经过压力、流量计(10)进入瓦斯机构下部的注水孔(2)；瓦斯机构的瓦斯排气孔(6)通过连通管顺序连接瓦斯解析仪(17)和真空泵(18)；瓦斯机构的注、排气孔(8)通过连通管顺序与充气泵(20)、压力表(19)与瓦斯钢瓶(22)相连，注、排气孔(8)通过阀门和瓦斯解吸仪(17)相连；瓦斯机构的排水孔(9)通过阀门与量筒(21)相连；注油孔(3)通过连通管顺序与注油泵(13)、油压伺服系统(14)相接；压力试验机(1)通过压力传感器(4)和压力流量计(10)与数据采集仪(5)及微机(16)匹配信息电连接。
2.根据权利要求1所述的分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统，其特征在于：煤体(24)上部相连瓦斯排气管(23)，煤体(24)下部相连注水管(25)。
3.根据权利要求1所述的分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统，其特征在
4.采用权利要求1-2任意一项所述的分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统进行实验的方法，其特征在于，其步骤为：
...【技术特征摘要】
1.分段式煤层注水驱替瓦斯三轴试验系统，其特征在于：包括压力试验机(1)，所述的压力试验机(1)上设有油压腔(7)，油压腔(7)内设有瓦斯机构，压力试验机(1)的施压结构穿过油压腔(7)向瓦斯机构施压；外部水箱(11)中的水由水泵(12)抽出后经过压力、流量计(10)进入瓦斯机构下部的注水孔(2)；瓦斯机构的瓦斯排气孔(6)通过连通管顺序连接瓦斯解析仪(17)和真空泵(18)；瓦斯机构的注、排气孔(8)通过连通管顺序与充气泵(20)、压力表(19)与瓦斯钢瓶(22)相连，注、排气孔(8)通过阀门和瓦斯解吸仪(17)相连；瓦斯机构的排水孔(9)通过阀门与量筒(21)相连；注油孔(3)通过连通管顺序与注油泵(...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐连满，曹学京，李小亮，王洪洋，杜磊，马玉飞，李斯琦，韩玉苗，高思琪，
申请(专利权)人：辽宁大学，
类型：发明
国别省市：
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