[发明专利]深部含瓦斯煤岩脉动压裂实验装置及实验方法

说明书

本发明公开了一种深部含瓦斯煤岩脉动压裂实验系统，包括三轴夹持器，三轴夹持器连接有六套用于对煤样施加压力的加载装置，六套加载装置均与用于提供加载压力的脉动泵以及用于控制加载装置的第一电控装置相连接；脉动泵的进气口连接有二氧化碳气瓶，脉动泵连接有用于控制脉动泵的第二电控装置；三轴夹持器的进气接口连接有气体总管，气体总管连接有用于使煤样吸附瓦斯的瓦斯注气装置、用于进行气密性检查的氦气注气装置和用于抽真空的抽真空装置。本发明还公开了相应的实验方法。本发明可以更准确地模拟深部开采条件下煤层的应力、渗流和温度状况，为深部煤体压裂增透和区域防治煤与瓦斯突出提供指导，具有非常实用和有价值的现实意义。

技术领域

本发明涉及煤矿技术领域，尤其涉及一种深部含瓦斯煤岩脉动压裂实验装置。

背景技术

我国深部煤层瓦斯赋存以“三高一低” （高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性）为主要特征，而煤层低透气性是煤矿瓦斯抽采的瓶颈，对于低透气性较难抽采的突出煤层，为提高其预抽煤层瓦斯效果，须通过各种手段使煤层卸压增透。

传统的水力压裂等措施的卸压增透效果不理想，尤其是进入深部低渗煤层开采，传统的卸压增透措施显得力不从心。与此同时，由于含瓦斯煤体一般处于三向受压情况，且三向压力受煤层倾角、厚度、赋存情况等地质构造条件，以及构造运动等力学扰动的影响而有所不同，所处的应力环境往往为三向不等压状态，即真三轴应力状态。

针对上述问题，研制深部含瓦斯煤岩脉动压裂实验系统，开展真三轴条件下深部含瓦斯煤脉动压裂裂缝起裂扩展影响因素研究，揭示煤矿井下脉动压裂裂缝起裂和扩展机理、脉动压裂对煤层瓦斯运移的影响理论，以期为深部煤岩体压裂增透区域防治煤与瓦斯突出提供指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深部含瓦斯煤岩脉动压裂实验系统，更准确地模拟深部煤层的应力、渗流和温度状况，得到更准确的压裂实验数据，为深部煤体压裂增透和区域防治煤与瓦斯突出提供指导。

为实现上述目的，本发明的深部含瓦斯煤岩脉动压裂实验系统包括用于煤样夹持加载的三轴夹持器，三轴夹持器具有进气接口和用于实验结束后排出气体的出气接口；

三轴夹持器连接有六套用于对煤样施加压力的加载装置，六套加载装置分别位于煤样的前方、后方、左方、右方、上方和下方，六套加载装置均与用于提供加载压力的脉动泵以及用于控制加载装置的第一电控装置相连接；

脉动泵的进气口连接有二氧化碳气瓶，二氧化碳气瓶的出口管路上设有第三减压阀、第三阀门和第三压力表；脉动泵连接有用于控制脉动泵的第二电控装置；

三轴夹持器的进气接口连接有气体总管，气体总管连接有用于使煤样吸附瓦斯的瓦斯注气装置、用于进行气密性检查的氦气注气装置和用于抽真空的抽真空装置；三轴夹持器的进气接口处的气体总管上设有第四压力表，三轴夹持器内围绕煤样设有电加热器，电加热器通过线路连接有用于控制电加热器的温度控制器，温度控制器位于三轴夹持器外。

三轴夹持器的出气接口连接有排放装置；

排放装置包括与三轴夹持器的出气接口相连接的出气总管，出气总管连接有气液分离器，出气总管上设有第四阀门和回压阀，气液分离器的出气口连接有排气管，排气管上设有干燥器，排气管的末端连接有气体流量计，气体流量计与大气相通；气液分离器的出液口连接有液体流量计，液体流量计与环境相通。

气体总管还连接有用于提高煤样吸附的气体压力的增压装置；增压装置包括盛有瓦斯气体的参考罐，参考罐通过管路连接有增压泵，增压泵的排气口与气体总管相通；参考罐与增压泵之间的管路上设有第五阀门和精密流量计。

脉动泵与二氧化碳气瓶之间串联连接有用于为二氧化碳气体降温的制冷机组。

瓦斯注气装置包括瓦斯气瓶，瓦斯气瓶连接有瓦斯出气管，瓦斯出气管与气体总管相连接；瓦斯出气管上设有第一减压阀、第一阀门和第一压力表；