[发明专利]变温条件下受载含瓦斯煤吸附-解吸-渗流实验系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤矿开采过程中受载含瓦斯煤吸附-解吸-渗流规律的实验研究技术，是一种适用于变温条件下含瓦斯煤的吸附-解吸-渗流实验系统。

背景技术

在煤矿开采过程中，煤体与瓦斯气体之间存在着十分复杂的互动关系，瓦斯在煤体中的运移受瓦斯吸附解析、瓦斯压力、地应力状态、地下水、地温、煤体结构等等诸多因素的制约，煤体变形与瓦斯运移之间表现出强烈的多因素动态耦合关系。煤矿瓦斯事故，特别是煤与瓦斯突出，便是这些因素耦合作用后在特定条件下的一种外在反映与表现。随着我国煤矿开采深度不断的增加，煤体处于更为复杂的赋存环境（高地应力、高地温、高渗透压），加之强烈的采动影响和时间效应，致使深部煤岩体的组织结构、基本行为特征和工程响应均发生很大变化，煤体与瓦斯之间的吸附、解吸、渗流、变形规律及其之间的相互作用只会变得更加错综复杂。在煤层开采实际中，所有煤层瓦斯的吸附、解析和运移过程都是在一定的载荷条件下发生的，深部开采更是如此。因此研究受载条件下的煤层瓦斯吸附-解析特征及运移规律，对解释煤矿瓦斯灾害的发生和指导煤矿安全生产更具针对性和实效性。

在我国，很多专家学者对含瓦斯煤的吸附、解析、运移特性及规律做了大量深入细致的科研工作，但是还存在以下不足：

（1）没有对温控、加载过程、吸附-解析影响、煤样变形等因素进行综合考虑，并做较为完善的整体设计。

（2）所加载荷（包括围压、轴向压力、孔隙压力等）范围较小，无法表征深部开采条件下的载荷特征，不能满足对受载含瓦斯煤深入研究的科研需求。

（3）很难做到长期加载，导致实验载荷不够稳定。

（4）由于密封方法和技术的问题，很多实验装置气密性不够好，常常出现漏气、漏油现象，导致实验载荷条件不稳定，致使结果不够准确，很难反映特定实验载荷条件下含瓦斯煤的真实特征。

（5）煤样的充气方式很难完全保证瓦斯气体以面充气的方式均匀地流经煤样。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、操作方便、设计合理、实验精度高、价格低廉的受载含瓦斯煤在变温条件下的吸附-解吸-渗流实验系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变温条件下受载含瓦斯煤吸附-解吸-渗流实验系统，包括用于盛装恒温水浴的池体，池体内设三轴压力室，三轴压力室内设煤室，煤室内安装煤样，煤样上贴有应变片，应变片与动态应变仪连接，煤室一端开口并在开口内设有压头，压头与压力装置连接；煤室连通有真空管路以及高压瓦斯管路，煤室与三轴压力室之间的腔室连通有用于输送液压油的围压管路。

所述煤室包括煤室底座和热缩管，煤室底座与压头上下相对，热缩管两端分别包裹在压头的底端外圈与煤室底座的顶端外圈。

环绕煤样的周圈设有1mm-2mm的硅橡胶层。

三轴压力室密闭设置，压头在三轴压力室顶板上插接。

所述压力装置为三轴压力室上侧固定连接的反力架，反力架液压缸的液压杆向下伸出并连接压头，液压杆与压头之间设有位移传感器和应力传感器，反力架设有吊环。

所述围压管路包括连接在三轴压力室的进油管和排油管，进油管上依次连接油压表、油压调节阀、第一围压开关阀和液压泵站，排油管上设有第二围压开关阀；三轴压力室的顶端连接有设置开关阀的排空管。

所述真空管路与高压瓦斯管路通过三通阀连接一进气管路，进气管路端部通过压头设置的进气通道接入煤室顶端，煤室底座设有排气通道，三轴压力室底板设有与排气通道连接的中间孔，中间孔的外端口连接有用于排气的出气管路。

所述高压瓦斯管路上设有高压瓦斯罐，三通阀至高压瓦斯管之间的高压瓦斯管路上依次设有开关阀、气压表、气压调节阀、减压阀和开关阀。

所述真空管路设有真空泵，三通阀至真空泵之间的真空管路上依次设有真空计和开关阀。

进气通道至三通阀之间的进气管路上依次设有气体质量流量计和开关阀，出气管路上也设有气体流量计和开关阀。