[發明專利]破碎煤巖體三軸滲流試驗裝置及解吸-擴散-滲流試驗系統

有效

• 申請號: 201811087727.2
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109187926B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 金智新;張純旺;馮國瑞;宋選民;張玉江;胡勝勇;戚庭野;姜海納;郭育霞;李振;崔家慶
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 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

本發明提供一種破碎煤巖體三軸滲流試驗裝置及解吸?擴散?滲流試驗系統，屬于煤巖體力學性質試驗的技術領域，破碎煤巖體三軸滲流試驗裝置包括具有圍壓腔體的底座、用于將底座的開口密封的上蓋、加載桿和試件筒；試件筒包括套筒以及用于放置待測試件的橡膠皮套；套筒和橡膠皮套均為貫通的中空結構；套筒的筒壁上均勻布置有多個通孔；橡膠皮套的外壁上設置有環形的套筒容納槽。上述破碎煤巖體三軸滲流試驗裝置及解吸?擴散?滲流試驗系統可以在試驗室開展不同覆壓、不同水壓作用下的含瓦斯破碎煤巖體解吸?擴散?滲流試驗研究。

技術領域

本發明涉及煤巖體力學性質試驗的技術領域，特別是涉及一種破碎煤巖體三軸滲流試驗裝置及解吸-擴散-滲流試驗系統。

背景技術

隨著我國煤炭資源開采強度的不斷增加，將會有越來越多的礦井被開采完成為廢棄礦井，預計2020年我國廢棄礦井數量將達到1.2萬個，到2030年將達到1.5萬個，其中廢棄礦井采空區中蘊含有豐富的資源，初步估計其中賦存的煤炭資源高達420億噸，煤層氣資源近5000億m3，我國廢棄礦井數量多、資源量豐富、開發潛力巨大，對廢棄礦井中遺存的煤層氣進行抽采不僅可以達到緩解我國天然氣資源緊張的問題，而且可以實現保護環境的目的取得良好的環保效益和經濟效益。

廢棄礦井采空區內環境十分復雜，首先采空區上覆巖層垮落形成“三帶”（垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶），采空區內遺留的大量煤炭主要賦存于垮落帶中，這些破碎的煤巖體是廢棄礦井采空區中瓦斯的主要來源，由于沒有預埋抽采管道，我國主要以地面鉆井的方式抽采廢棄礦井內的瓦斯，在抽采過程中遇到了一定的困難，即當鉆井抽出來水時則沒有瓦斯存在，形成了“有水則無瓦斯”的現象。當廢棄礦井采空區被水淹沒后，采空區內瓦斯、水和煤巖體共存，形成了氣水巖三介質共存的復雜環境，三者之間通過耦合作用相互影響，被水淹沒后的廢棄礦井采空區底部的破碎煤巖體不僅承受上覆巖層的重量，同時還受到一定的水頭壓力作用，此時作為廢棄礦井采空區瓦斯主要來源的含瓦斯破碎煤巖體承受覆壓和水壓的聯合作用，要解決實際的工程問題首先要搞清楚其中存在的機理，針對這一工程面臨的難題相關學者展開了一定的研究但仍然存在一些問題。

瓦斯在破碎煤巖體中的運移過程為解吸-擴散-滲流的動力學過程，目前對于單一的吸附解吸、擴散、滲透過程的研究較多，對于覆蓋整個過程的相關研究較少，其中小顆粒干燥或者含水煤樣等溫吸附試驗與廢棄礦井采空區破碎煤巖體所處環境現實情況相去甚遠，某些相關試驗中試樣采用煤粉粒及其加工而成的型煤，破壞了煤體原始的孔裂隙結構，同時大多數試驗測試裝置存在無軸壓、無圍壓的情況，不能對真實的儲層環境進行模擬，對于廢棄礦井采空區內的含瓦斯破碎煤巖體被水淹沒來說，首先存在一定的水頭壓力，水頭壓力對破碎煤巖體瓦斯的吸附解吸影響很大，因此，有必要在試驗室對廢棄礦井采空區含瓦斯破碎煤巖體開展水壓下瓦斯解吸效應試驗研究，同時廢棄礦井采空區內的含瓦斯破碎煤巖體被重新壓實，也受到上覆巖層應力的作用，而應力對破碎煤巖體的孔裂隙結構影響較大，含瓦斯破碎煤巖體孔裂隙結構又與淹沒過程中水分的運移直接相關，所以試驗裝置需要同時考慮水壓和覆壓的聯合作用，只有這樣將含瓦斯破碎煤巖體放在儲層壓力下然后向其中注水淹沒，注入到廢棄礦井采空區相對應的水頭壓力，然后進行解吸-擴散-滲流試驗，這樣得到的試驗結果才更加真實有效，更加符合實際情況。

發明內容

本發明提供一種破碎煤巖體三軸滲流試驗裝置及解吸-擴散-滲流試驗系統，在試驗室開展不同覆壓、不同水壓作用下的含瓦斯破碎煤巖體解吸-擴散-滲流試驗研究，用以揭示被水淹沒后的廢棄礦井采空區內含瓦斯破碎煤巖體的解吸-擴散-滲流運移機理，進一步探究廢棄礦井采空區抽采時“有水則無瓦斯”的現象。