[发明专利]煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替模拟试验系统与试验方法

权利要求书

1.集成了煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替的完整的试验系统，其特征在于，由流体注入系统、模型密封加载系统、数据采集系统和数据处理与控制系统构成，各个系统采用模块化设计，各模块独立工作，协同配合；

其中，所述的模型密封加载系统为主体结构，主要包括模型反力装置及密封系统、应力加载系统、试件制作及就位系统；所述的模型反力装置及密封系统用于放置试件，所述的应力加载系统用于给试件加载应力，所述的试件制作及就位系统用于制作试件以及将试件放置在模型反力装置及密封系统内；

反力框架内安装有钢制内部箱体，试件直接在内部箱体内压制成型，在压制试件的同时完成传感器的埋设；

所述的流体注入系统主要包括瓦斯气体充填系统、水力致裂系统和驱替介质加载系统；所述的水力致裂系统用于试件的动力增透试验；所述的瓦斯气体充填系统用于试件的动力增透试验；所述的驱替介质加载系统用于试件的瓦斯驱替试验；

所述的数据采集系统主要用于采集试件的各个参数变化；

所述的数据处理与控制系统可分析煤层中裂隙发育规律以及煤层中瓦斯压力场、应力场、形变、温度场等变化规律；

煤岩层增透、渗流与瓦斯驱替集成于一体，根据具体试验要求，对各功能进行组合使用；

所述的模型反力装置及密封系统包括主架和底部支撑结构；所述的主架内设置有试块加载腔；底部支撑结构在主架底部，用于支撑和移动主架；

所述的主架包括后部反力框架、中部反力框架、前部反力框架、内部箱体、纵向拉杆；所述后部反力框架、中部反力框架、前部反力框架组装在一起，相邻框架的连接处进行密封；在所述的中部反力框架一侧设置预留孔，用以模型材料内部传感器引线和水力压裂；在所述前部反力框架中间设置预留孔，用以注气/液引出；所述的内部箱体位于中部反力框架内，且在所述的中部反力框架上设有供内部箱体滑进或者滑出的导轨；所述内部箱体一侧设置预留孔，用以模型材料内部传感器引线和水力压裂；内部箱体自带压头，用于试件压制成型和地应力加载；所述的压头中间设置预留孔，用以注入气/液；压头前部安装面式充填板，用以气/液的面式充填；压头贯穿内部箱体顶部，中间设置一道密封圈密封。

2.如权利要求1所述的集成了煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替的完整的试验系统，其特征在于，所述的底部支撑结构包括后部固定部分、前部可移动部分、两个推力油缸；所述的后部固定部分用来支撑后部反力框架和中部反力框架；所述的前部可移动部分用来支撑前部反力框架，底部设置有导轨，使前部反力框架可以移动；两个推力油缸安装在后部固定部分两侧，用来推动前部可移动部分。

3.如权利要求1所述的集成了煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替的完整的试验系统，其特征在于，所述的应力加载系统由液压油缸和液压站构成；所述的液压油缸安装在后部反力架上，油缸活塞穿过后部反力架伸入中部反力框架的内部箱体，与内部箱体的压头连接；在所述的油缸活塞设置预留孔，用以注入气/液。

4.如权利要求1所述的集成了煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替的完整的试验系统，其特征在于，所述的试件制作及就位系统包括吊车和压力装置；所述的吊车用以内部箱体的运输；所述的压力装置用以试件的箱体内成型；所述压力装置底部安装有一个大吨位油缸和四个小吨位油缸；大吨位油缸用于加载，小吨位油缸用以箱体的顶起与落下。

5.如权利要求1所述的集成了煤岩层瓦斯动力增透渗流与驱替的完整的试验系统，其特征在于，所述的流体注入系统主要包括恒速恒压泵、蒸汽发生器、气体增压泵、空气压缩机、真空泵、低压储罐、高压储罐、调压阀、液体增压系统、活塞容器、气瓶和气压控制部分；

所述的恒速恒压泵用以控制气/液的恒速或恒压控制；

所述的蒸汽发生器用以水的汽化；

所述的气体增压泵用以CO2，N2，CH4气体的增压；

所述的真空泵用以试件密封空间的抽真空；

所述的液体增压系统用以液体的增压；

所述的活塞容器作为注入液和驱替液的隔离和储能缓冲及传输；

瓦斯气体的充填和驱替介质的充填经由油缸活塞的预留孔注入；

所述的水力致裂的高压水经由中部反力框架一侧预留孔注入。