[发明专利]一种瓦斯变负压抽采制度精细化模拟装置及方法

说明书

本发明公开了一种瓦斯变负压抽采制度精细化模拟装置及方法，该装置包括底座、放置在底座上的样品缸及填充在样品缸内的煤体，本发明的模拟装置能够模拟抽瓦斯气时煤层所受的压力和瓦斯气的压力，能够为实验提供不同的抽取负压、煤体所受压力，为实验提供充足、精准的数据；该模拟装置使用时能够为实验提供不同条件下的煤体渗透性数据，为瓦斯变负压抽采制度提供充足、精准的数据。

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采模拟实验的技术领域，特别涉及一种瓦斯变负压抽采制度精细化模拟装置及使用方法。

背景技术

瓦斯作为煤炭形成过程中的一种伴生气体，在煤层中普遍存在。由于瓦斯本身具有爆炸性和可燃性，导致瓦斯事故发生时，造成巨大的人员伤亡、财产损失，是制约煤矿安全生产的主要因素之一。为此，必须加强瓦斯治理。目前瓦斯治理方法有很多，主要包括地面抽采和井下瓦斯抽采。由于我国煤层的特殊性和采掘布置的紧迫性，我国瓦斯治理主要以井下瓦斯抽采为主。通过巷道向煤层打一系列的抽采钻孔进行瓦斯抽采。

进行瓦斯抽采时，首先向煤层打一系列的平行钻孔，并进行封孔。然后，在孔口给与恒定的负压，使煤层内的瓦斯在压差的作用下，由煤层进入抽采管路，进而将煤层瓦斯抽出。随着瓦斯由煤层流出，导致煤层瓦斯压力降低，有效应力增加。并且随着与抽采孔距离的减小，应力增加值逐渐增大。即：在近孔口附近有效应力增加最大。导致近钻孔区域煤层被压实，孔裂隙闭合，渗透性变差。渗透性的减小，限制了气体压差进一步向煤层深部传递，导致深部瓦斯难以解吸、运移。最终导致瓦斯抽采孔的抽采浓度降低、抽采范围减小、抽采量减少，降低了瓦斯治理效果。

对于不同脆塑性、煤体结构、透气性煤层，在瓦斯抽采时，煤层渗透性在不同阶段受有效应力影响的程度不同。为此，抽采制度的制定要结合研究区实际。但是，目前瓦斯抽采制度，即抽采负压的制定主要是根据抽采经验，且以恒定负压抽采为主，极大的限制了抽采孔的抽采效率。为此，迫切需要一种装置或者方法，能够对抽采制度进行精细化模拟实验，能够得到精准、有效的数据，制定科学有效的瓦斯变负压抽采制度，进而提高抽采效果，尽可能的减少瓦斯事故的发生。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种瓦斯变负压抽采制度精细化模拟装置及使用方法。

本发明的技术方案是：一种瓦斯变负压抽采制度精细化模拟装置，包括底座、放置在底座上的样品缸及填充在样品缸内的煤体，还包括负压泵、气瓶、加压泵和注气管，所述样品缸的一端开口且向煤层内钻有钻孔，所述钻孔内伸入有抽采管，所述抽采管的外部通过连接管与负压泵连接，所述样品缸的外侧固定有位于中部的注气体，所述注气体为包裹样品缸的环形槽，所述样品缸的位于注气体内侧的表面布满圆孔，所述气瓶通过加压泵加压后经过注气管与注气体连接。

优选的，所述连接管上安装有阀门、流量计和压力表。

优选的，所述样品缸的另一端设有位于样品缸内的轴压施加体，所述轴压施加体的中心设有受力柱，所述底座上设有位于样品缸一侧的后支撑体，所述后支撑体的一侧固定有朝向受力柱的千斤顶。

优选的，所述轴压施加体为与样品缸横截面形状相同的圆板。

优选的，所述轴压施加体的边缘设有向外翻折的折边，所述样品缸轴压施加体的外侧设有控制环，所述折边搭接在控制环上，所述控制环的外侧边缘与样品缸一体连接。

优选的，所述样品缸包括上下对接的上缸体和下缸体，所述注气体包括分别与上缸体、下缸体连接的上半体和下半体，所述控制环包括分别与上缸体、下缸体连接的上环体和下环体，所述样品缸的两端通过钢丝绳勒紧，所述下缸体在与上缸体的对接面向上延伸有紧贴上缸体内表面的样品缸内伸缩体，所述下环体在与上环体的对接面向上延伸有紧贴上环体内表面的控制环内伸缩体。

优选的，所述下缸体的下方固定有供钢丝绳穿过的穿绳板，所述上缸体的上方安装有限位槽，所述钢丝绳首尾相连且下方穿过穿绳板、上方位于限位槽内。