[发明专利]一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置

说明书

本发明提供一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，包括试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置，所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶和高压瓦斯加压装置。本发明通过围压加载和轴压加载模拟煤岩在井下的应力环境，且围压、轴压、水压力、瓦斯压力均可进行调控，利用高压瓦斯发生装置以及高压水发生装置获得突发性高压瓦斯或突发性高压水，可以实现水压力以及瓦斯压力突然增大、缓慢增大；本发明采用可拆卸的圆锥漏斗形试样夹持头来夹持试样，密封性好，解决了水以及瓦斯的气密性难以保证的问题。本发明结构简单，一体两用，实现了对水力压裂、煤与瓦斯突出灾害发生过程的真实模拟，为水力压裂以及煤与瓦斯突出机理研究和预防提供手段。

技术领域：

本发明涉及一种用于开展水力压裂和瓦斯突出机理研究的水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置。

背景技术：

煤与瓦斯突出是煤矿五大灾害之一，在煤矿灾害占有比例中仅次于顶板事故，为此，国内外学者在其机理及预防方研究方面做了大量的工作，但随着开采深度的增加，一部分浅部开采的规律已不适用于深部煤与瓦斯突出事故分析与预防，需要考虑深部开采特征行新的研究；水力压裂法是开采页岩气时一种重要的增产措施，同时水力压裂也是煤矿中提高煤层透气性的一种重要矿井增透手段，因而，实验室水力压裂试验不仅可以研究页岩储层水力裂纹、裂缝的起裂和扩展，还可以研究煤储层钻孔卸压和增透技术效果。因而，研究水力压裂以及瓦斯突出综合试验装置具有重要的实用价值与研究意义。

现有的设备往往针对性较强，一套设备只能对一种灾害进行研究，如公开号为CN103592186A,名称为“真三轴受力条件下页岩水力压裂损伤演化装置与实验方法”的中国专利,且存在体积庞大、结构复杂，利用率相对较低、试验过程中瓦斯流速与水压不可调控以及水以及瓦斯的气密性问题难以保证等问题。

发明内容：

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构简单、一体两用、装置气密性较高，可调控围压、水压以及孔隙压力的水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置。

本发明采用以下技术方案：提供一种水力压裂和瓦斯突出综合模拟试验装置，包括：试样加载装置、高压水发生装置和高压瓦斯发生装置，所述试样加载装置包括圆筒，设于圆筒内与所述圆筒同轴心的用于装载试样的腔体，所述圆筒上设有围压入口，且其左端设有左端盖与圆筒密封连接，一环形支架，所述环形支架的左端通过左端盖与所述圆筒的端密封连接，其右端套接于所述腔体的左端，所述环形支架的右端设有环形挡板，所述环形挡板与试样之间设有脆性有机玻璃板，所述左端盖上设有开孔，使得所述有机玻璃板通过环形挡板和开孔与外界连通；所述圆筒的右端设有右端盖与所述圆筒密封连接，所述右端盖上设有轴压入口，一轴压活塞可沿圆筒内壁滑动，所述轴压活塞的轴心设有输入管道，所述轴压活塞的左端设有可拆卸的套装在所述输入管道一端的圆锥漏斗形试样夹持头，所述圆锥漏斗形试样夹持头设于所述腔体内壁用于固定试样，所述轴压活塞的右端从所述右端盖伸出，所述输入管道的另一端通过喷头连接所述高压水发生装置和所述高压瓦斯发生装置；所述高压瓦斯发生装置包括瓦斯气瓶和高压瓦斯加压装置，所述喷头包括冲击头、连接管和四通连接座，所述冲击头的一端与所述输入管道连接，另一端与所述连接管连接，所述四通连接座的第一管口连接所述连接管，第二管口连接所述瓦斯气瓶，第三管口连接所述高压瓦斯加压装置，第四管口连接所述高压水发生装置。

当进行水力压裂试验时，所述圆锥漏斗形试样夹持头向外凸出的端部用于固定带有中空圆孔的试样，所述向外凸出的端部顶在所述试样的中空圆孔内，高压水由所述高压水发生装置经过所述喷头进入所述输入通道中；当进行瓦斯突出试验时，所述圆锥漏斗形试样夹持头向内凹陷的端部用于固定试样，瓦斯气体由所述高压瓦斯发生装置经过所述喷头进入所述输入通道中。

所述冲击头通过剪切阀和剪切阀密封垫与所述连接管螺纹连接。

所述第一管口通过四通连接座密封垫与所述连接管螺纹连接。

所述第二管口由管路通过瓦斯压力表、瓦斯阀门与所述瓦斯气瓶连接。