[發(fā)明專利]一種抽出式水與瓦斯吸附煤體變形測試裝置及方法

在審

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• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105784962A
• 公開（公告）日: 2016-07-20
• 發(fā)明（設計）人: 馬衍坤;劉澤功;張曦;劉靜;劉健;蔡峰;武寧
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22;G01B7/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及實驗裝置技術領域，尤其涉及到一種抽出式水與瓦斯吸附煤體變形測試裝 置及方法。

背景技術

水力化措施是我國煤礦深部瓦斯治理的一種有效技術途徑，例如煤層靜壓注水、動壓 注水、水力壓裂、水力沖孔、水力掏槽等，具有治理效果明顯、費用成本低的優(yōu)點，并在 我國大部分礦區(qū)得到應用。

然而，水力化措施需要將大量的水注入煤層，并在煤層中形成卸壓區(qū)域。在這個過程 中，必然導致水、瓦斯和煤體的相互作用。水進入煤層，強行開啟煤層，而原有的瓦斯氣 體則被水推到更遠的煤層區(qū)域，使煤層明顯分成了含水區(qū)域、水氣交界區(qū)域和含氣區(qū)域。 在水氣交界區(qū)域，水進入煤體會使煤體變形，瓦斯氣體由于壓力增大也會使煤體吸附量增 大誘導變形，煤體的變形則會影響到瓦斯流動的通道，進而影響抽采的效果，井下煤層瓦 斯抽采數據均證明了這一點。

水力化措施除了要將水注入用于破壞煤層外，最終還要將水排出，從而為瓦斯流動留 出空間。因此，水氣交界區(qū)域還會由于水的排出而再次成為含氣區(qū)域，此時被水潤濕過的 煤層就會再次被氣體包圍，潤濕煤體會再次發(fā)生變形，并最終決定瓦斯流動通道形態(tài)。

目前國內已有的煤體吸附變形的實驗裝置只能用于單純的瓦斯氣體或單純的水吸附， 還未有針對瓦斯和水同時吸附誘導煤體變形的測量裝置。尤其缺乏可以保證人員操作安全 和測試精度的測試裝置，因而需要研制一種操作安全、測試精度高的水與瓦斯吸附煤體變 形測試裝置及方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種操作安全、測試精度高的抽出式水與瓦斯同 時吸附煤體變形測試裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明首先提出一種抽出式水與瓦斯吸附煤體變形測試裝置及 方法，其特征在于，它包括圓筒密封罐、高度調節(jié)單元、瓦斯注入單元和數據采集單 元；所述的圓筒密封罐內放置煤樣和水，所述的高度調節(jié)單元控制圓筒密封罐的連通 軸高度，所述的瓦斯注入單元通入所述圓筒密封罐內注入瓦斯氣體，所述數據采集單 元通入所述圓筒密封罐內對煤樣采集應變數據。

優(yōu)選的，所述的圓筒密封罐包括腔體、密封螺絲、封蓋、開啟螺母、連通軸、牽 繩、煤樣桶，所述的腔體與通過密封螺絲與封蓋連接，所述的封蓋上設有兩個密封圈， 所述的封蓋上設有連通軸，所述的連通軸下端設有橫軸，所述的連通軸上表面設半球 型凹槽，所述的橫軸通過牽繩與煤樣桶連接，所述的密封螺絲的數量為4～6個，所述 的開啟螺母的數量為2個，所述的開啟螺母穿過封蓋與腔體上端接觸。

優(yōu)選的，所述的高度調節(jié)單元包括底盤、反力板、反力柱、調節(jié)螺母，所述的底 盤通過反力柱與反力板連接，所述的反力板上設有調節(jié)螺母，所述的調節(jié)螺母下表面 設有半球形凸起。

優(yōu)選的，所述的瓦斯注入單元包括注氣管、氣體壓力表、注氣閥門、高壓瓦斯氣 瓶、抽氣閥門和真空泵，所述高壓瓦斯氣瓶通過注氣閥門與注氣管相連，所述注氣管 通入到所述圓筒密封腔內，所述真空泵通過抽氣閥門和三通與注氣管連接。

優(yōu)選的，所述的數據采集單元包括數據采集儀、至少三個應變片和數據傳輸線，所述 應變片分布在腔體內，所述數據傳輸線分別與所述應變片連接，所述數據傳輸線另一端與 位于腔體外的所述數據采集儀相連。

本發(fā)明同時提出了一種抽出式水與瓦斯吸附煤體變形測試裝置的測試方法，其特征在 于，包括如下步驟：

(1)、在圓柱體或長方體煤樣的上部、中部和底部指定位置粘貼應變片，放置于煤樣 桶內，并通過數據傳輸線將應變片與數據采集儀連接；

(2)、向圓筒密封罐內注入水，使水平面高過煤樣中部的應變片，并低于上部的應變 片；

(3)、利用密封螺母將封蓋與腔體連接，并向下旋轉調節(jié)螺母，使調節(jié)螺母下表面的 半球形凸起與連通軸上表面的半球形凹槽接觸；

(4)、打開抽氣閥門，利用真空泵對測量裝置抽真空30分鐘后，關閉抽氣閥門；

(5)、打開數據采集儀，開始采集應變數據；

(6)、打開注氣閥門，利用所述高壓瓦斯氣瓶向腔體內注入指定壓力的瓦斯氣體，注 氣72小時后關閉注氣閥門；

(7)、向上旋轉調節(jié)螺母，使調節(jié)螺母上升高度H，其中H為應變片長度的1.5倍； 在腔體內氣體壓力的作用下連通軸向上移動，并帶動牽繩和煤樣桶向上移動，使煤樣的中 部應變片露出水平面；

(8)、72小時后，打開注氣閥門和抽氣閥門，排放氣體24小時；