[發明專利]模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗系統及方法

有效

• 申請號: 201711081203.8
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107957382B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 馮國瑞;宋誠;姜海納;崔家慶;胡勝勇;韓艷娜;李振;高強
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N13/04
• 分類號: G01N13/04;G01N15/08
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

1.一種模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，采用控制變量法，研究采空區三帶煤巖體的滲透規律、水質對煤巖體的作用規律以及水壓對煤巖體的作用規律，

煤巖試件包括用于模擬彎曲沉降帶的完整型煤試件、用于模擬裂隙帶的含裂隙型煤試件以及用于模擬冒落帶的散煤試件，所述含裂隙型煤試件分別含單一裂隙、平行裂隙和匯交裂隙；

試驗裝置包括滲透試驗裝置、供水裝置、鉆芯裝置、水質分析裝置和圖像化裝置；

所述滲透試驗裝置包括缸體（1）；

所述缸體（1）包括與所述供水裝置連通的進水區（I）、用于放置所述煤巖試件且具有可視窗（2）的試驗區（II）以及與所述水質分析裝置連通的排水區（III）；

所述供水裝置用于向所述進水區（I）提供不同水質、不同水壓的模擬水源；

所述鉆芯裝置包括用于對所述含裂隙型煤試件進行鉆芯取樣的取樣器（3）；

所述水質分析裝置用于收集并分析從所述排水區（III）排出的水樣；

所述圖像化裝置用于透過所述可視窗（2）記錄所述含裂隙型煤試件中裂隙的擴展與發育情況；

試驗方法包括下述步驟:

S1，制備煤巖試件，將鉆孔采集的煤巖樣品篩分，放入模具，加水加壓制成完整型煤試件和含裂隙型煤試件，散煤試件采用篩分后的煤巖樣品；

S2，將模擬水源注入供水裝置，將完整型煤試件置于試驗區II內，供水裝置將模擬水源以恒定壓力注入進水區I，通過水質分析裝置中的水質分析儀分析水質變化情況，試驗溫度為恒定溫度，滲透時間是固定值；

S3，收集并分析從煤試件流出的水樣；

S4，將完整型煤試件取出，放入含裂隙型煤試件和散煤試件，重復步驟S2-S3；得到采空區三帶煤巖體的滲透規律；

其中，步驟S2中模擬水源壓力、試驗溫度和滲透時間不變，改變模擬水源中成分的含量，收集并分析從煤試件流出的水樣，得到水質對煤巖體的作用規律；

步驟S2中模擬水源的成分、試驗溫度和滲透時間不變，改變模擬水源的壓力，收集并分析從煤試件流出的水樣，得到水壓對煤巖體的作用規律。

2.根據權利要求1所述的模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，其中，在進行含裂隙型煤試件的滲透實驗時，步驟S3還包括：通過圖像化裝置記錄滲透過程所述含裂隙型煤試件中裂隙的擴展與發育情況，并通過取樣器（3）對所述含裂隙型煤試件進行鉆芯取樣以觀察裂隙的溶蝕情況。

3.根據權利要求1所述的模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，所述進水區（I）、試驗區（II）以及排水區（III）橫向設置。

4.根據權利要求1所述的模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，所述滲透試驗裝置還包括用于封閉所述缸體（1）開口的壓蓋（4）；

所述壓蓋（4）上設置有供所述取樣器（3）取樣的取樣口（5）。

5.根據權利要求1所述的模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，所述進水區（I）和試驗區（II）之間以及所述試驗區（II）與排水區（II）之間通過設置在缸體（1）內壁上的環形擋板（6）分隔；

所述環形擋板（6）與所述缸體（1）內壁之間設置有密封條。

6.根據權利要求5所述的模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，所述滲透試驗裝置還包括篩網；

所述環形擋板（6）上設置與所述篩網配合的嵌合槽。

7.根據權利要求1所述的模擬采空區三帶煤巖體滲透擴散吸水的試驗方法，其特征在于，所述供水裝置包括第一儲水罐（7）、注水泵（8）和水表（9）；

所述第一儲水罐（7）和注水泵（8）之間、注水泵（8）與水表（9）之間以及水表（9）與進水區（I）的進水口（10）之間均通過管路連接。