[發明專利]低滲透煤體高壓氣體循環脈沖致裂增透實驗方法

有效

• 申請號: 201310142817.8
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN103234891A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 趙寶友;李剛;張立新;賈廷貴
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種低滲透煤體高壓氣體循環脈沖致裂增透實驗方法，其特征在于該實驗方法采用低滲透煤體高壓氣體循環脈沖致裂增透實驗裝置，包括如下步驟：

步驟一：安裝監測元件

將煤體試樣的上、下端面打磨平整光滑后，在端面上安裝監測元件，監測元件為若干組環向分段導電線圈或若干組應變片，每組環向分段導電線圈由若干個獨立且互不接觸的弧形導電線圈組成，各組環向分段導電線圈之間、各組應變片之間以及環向分段導電線圈與應變片之間均留有間隙；環向分段導電線圈與電信號監測設備相連接，應變片與動態應變儀相連接；

步驟二：測定增透前的煤體滲透率

將煤體試樣的四周側壁密封，再將密封好的煤體試樣放入爆破氣缸機構內的上、下壓頭之間使其夾緊固定，將煤體試樣上端面以下的爆破氣缸機構內部空間用填充物密實，然后將爆破氣缸機構密封，打開第一、第二手控閥向煤體試樣的爆破孔內注入甲烷氣體，通過觀察第一、第二數字壓力表記錄進、出氣缸筒的氣體壓力，采用排水集氣法測定排出的甲烷氣體體積，計算出增透前的煤體滲透率；

步驟三：開啟高壓氣體沖擊系統循環沖擊煤塊

取出爆破氣缸機構內的填充物，再次將爆破氣缸機構密封，關閉第一、第二手控閥，打開第三手控閥，啟動三軸加載系統，同步對煤體試樣進行三軸加載至預先設定值，打開第四手控閥，啟動空壓機；將氣體氣源瓶內的氣體加壓并輸送至高壓儲氣罐內，當高壓儲氣罐內的氣體壓力達到預先設定值時，力電感應電控閥自動打開，高壓儲氣罐內的高壓氣體經輸氣管通過氣爆槍在煤塊的爆破孔內瞬間釋放沖擊煤塊，空壓機繼續壓縮氣體，當高壓儲氣罐內的氣體壓力再次達到預先設定值后，再次釋放并沖擊煤塊，如此循環往復沖擊煤塊，直至煤塊致裂增透的裂紋擴展到預設值時關閉空壓機和第四手控閥；

步驟四：測定增透后的煤體滲透率

通過三軸加載系統卸除煤體試樣的三軸壓力后，關閉第三手控閥，采用與增透前相同的方法計算出增透后的煤體滲透率，實驗完成；

所述低滲透煤體高壓氣體循環脈沖致裂增透實驗裝置，包括煤體試樣、爆破氣缸機構、三軸加載系統、高壓氣體沖擊系統及煤體滲透率測定系統；

所述煤體試樣由煤塊和保護層組成，所述保護層設置在煤塊四周的側壁上；

所述爆破氣缸機構由上、下氣缸蓋、氣缸筒及上、下壓頭組成，氣缸筒豎直設置，在氣缸筒的底部設置有下氣缸蓋，在氣缸筒的頂部設置有上氣缸蓋，所述上、下氣缸蓋與氣缸筒形成密封空間；在上氣缸蓋的中部設置有軸壓加載通孔，在上氣缸蓋的底部中央處設置有上蓋凹槽，所述上壓頭的頂部設置在上蓋凹槽內，在上壓頭豎直方向上的中部設置有上壓頭貫通孔；在下氣缸蓋的頂部中央處設置有下蓋凹槽，所述下壓頭的底部設置有凸起，且下壓頭的凸起設置在下蓋凹槽內；在下壓頭和下氣缸蓋豎直方向上的中部分別設置有下壓頭貫通孔和下氣缸蓋貫通孔，且下壓頭貫通孔和下氣缸蓋貫通孔相連通；在所述上、下壓頭之間設置有煤體試樣，在煤體試樣的煤塊上設置有豎直的爆破孔，所述爆破孔與上壓頭貫通孔相連通；

所述三軸加載系統由軸壓加載系統和圍壓加載系統組成，所述軸壓加載系統設置在上壓頭的上部，所述軸壓加載系統的上部通過爆破氣缸機構中上氣缸蓋的軸壓加載通孔設置在爆破氣缸機構的外部；在軸壓加載系統內設置有三通孔，三通孔由第一、第二、第三通孔組成，所述第一、第二、第三通孔相連通，其中的第一通孔與爆破氣缸機構中上壓頭的上壓頭貫通孔相連通；所述圍壓加載系統設置在爆破氣缸機構的外部，圍壓加載系統通過圍壓連接管與爆破氣缸機構內部空間相連通，在圍壓連接管上設置有第三手控閥，在第三手控閥與圍壓加載系統之間、靠近圍壓加載系統的圍壓連接管上設置有第三數字壓力表；

所述高壓氣體沖擊系統由設置在爆破氣缸機構內部的氣爆槍和設置在爆破氣缸機構外部的力電感應電控閥、高壓儲氣罐、多通閥、空壓機及氣體氣源瓶組成；所述氣爆槍的槍頭設置在煤體試樣的爆破孔中，在爆破孔的入口處、氣爆槍與爆破孔之間填充有封孔粘結劑密封；氣爆槍尾部與設置在上壓頭貫通孔內的輸氣管的一端相連通，所述輸氣管的另一端通過上壓頭貫通孔設置在三通孔的第一通孔內，三通孔的第二通孔與力電感應電控閥的一端通過輸氣管相連通，所述力電感應電控閥的另一端與高壓儲氣罐的一端通過輸氣管相連通，所述高壓儲氣罐的另一端與多通閥的一個端口通過輸氣管相連通；所述多通閥的另兩個端口分別與空壓機、氣體氣源瓶通過輸氣管相連通；在力電感應電控閥與高壓儲氣罐之間、靠近高壓儲氣罐的輸氣管上設置有第五數字壓力表，在多通閥與氣體氣源瓶之間的輸氣管上設置有第四手控閥，在第四手控閥與氣體氣源瓶之間、靠近氣體氣源瓶的輸氣管上設置有第四數字壓力表；

所述煤體滲透率測定系統由設置在爆破氣缸機構外部的甲烷氣瓶、水槽及量筒組成；所述甲烷氣瓶與軸壓加載系統內三通孔的第三通孔之間通過甲烷輸氣管相連通，在甲烷輸氣管上設置有第一手控閥，在第一手控閥與甲烷氣瓶之間、靠近甲烷氣瓶的甲烷輸氣管上設置有第一數字壓力表；在所述水槽內倒置設置有量筒，甲烷導氣管的一端與下氣缸蓋貫通孔相連通，另一端設置在量筒內；在甲烷導氣管上設置有第二手控閥，在第二手控閥與下氣缸蓋貫通孔之間、靠近下氣缸蓋貫通孔的甲烷導氣管上設置有第二數字壓力表。