[发明专利]破碎煤岩体三轴渗流试验装置及解吸-扩散-渗流试验系统

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及煤岩体力学性质试验的技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。