[發明專利]一種廢棄礦井采空區氣液兩相逆流可視化模擬試驗系統

有效

• 申請號: 201811089144.3
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109164104B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 張純旺;金智新;馮國瑞;宋選民;胡勝勇;李振;李春;宋誠;崔家慶;牛小紅
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N13/00;G01N33/00
• 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

本發明提供一種廢棄礦井采空區氣液兩相逆流可視化模擬試驗系統，屬于廢棄礦井采空區模擬試驗系統的技術領域，包括用于模擬廢棄礦井采空區裂隙網絡的模擬裝置、瓦斯供氣系統和水壓自控系統；模擬裝置包括透明的觀察箱和設置在觀察箱內的巖層材料；瓦斯供氣系統包括供氣管以及為供氣管提供瓦斯的瓦斯瓶；水壓自控系統包括穩壓罐、壓力傳感器、調壓氣瓶、供水箱、試壓水泵、供水管和電子控制器。該系統可用于對廢棄礦井采空區裂隙網絡氣液兩相逆流進行模擬，并對其實現逆流可視化的試驗，以揭示閉坑礦井在長期廢棄過程中積水演化和瓦斯富集情況。

技術領域

本發明涉及廢棄礦井采空區模擬試驗系統的技術領域，特別是涉及一種廢棄礦井采空區氣液兩相逆流可視化模擬試驗系統。

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，開發利用好這部分煤層氣資源，不僅能夠彌補我國在天然氣資源上的不足，優化能源結構，還能夠消除瓦斯從地面逸出對大氣環境的污染，可以看出對廢棄礦井內瓦斯的利用具有可觀的經濟效益和環保效益。

但是廢棄礦井采空區內的環境十分復雜，煤炭開采后采空區上方覆巖垮落形成“三帶”（垮落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶），同時由于煤炭采出率相對較低采空區內遺留大量殘煤，這些殘留的煤塊不斷向外解吸釋放瓦斯，釋放出來的瓦斯不斷向冒落帶和裂隙帶浮動，同時采空區內普遍存在積水，積水的來源主要是上部含水層通過裂隙帶向采空區不斷滲透，瓦斯-水-巖石構成了廢棄礦井采空區內固-液-氣三相共存的復雜環境，復雜的環境對廢棄礦井內瓦斯和水的運移產生影響。目前我國主要通過地面打鉆井的方式抽采廢棄礦井內的瓦斯，其中首要的問題是要搞清楚廢棄礦井內瓦斯和水的賦存情況，特別是要搞清楚高瓦斯含積水礦井在閉坑后長期過程中積水演化和瓦斯富集情況。

但是，由于地質構造的復雜性和采礦條件的多樣性，閉坑后長期時間內廢棄礦井瓦斯與水的運移賦存情況變得更加復雜，采空區內遺留的煤體為瓦斯的主要來源，水源主要存在于采空區上方的含水層內，采空區形成的裂隙網絡為瓦斯和水的滲流通道，瓦斯的上浮運移和水的向下滲透形成了采空區氣液兩相逆流，它們的運移決定了采空區內的積水演化和瓦斯富集情況。針對廢棄礦井采空區內瓦斯與水氣液兩相逆流這一問題，目前存在的單一裂隙模擬裝置和傳統的相似模擬系統已經不符合實際的工程背景，不能滿足采空區裂隙網絡和氣液逆流的試驗要求，所以急需設計一種廢棄礦井采空區裂隙氣液逆流模擬試驗系統，在試驗室開展廢棄礦井采空區氣液兩相逆流可視化模擬試驗研究。

發明內容

本發明提供一種廢棄礦井采空區氣液兩相逆流可視化模擬試驗系統，用于對廢棄礦井采空區裂隙網絡氣液兩相逆流進行模擬，并對其實現逆流可視化的試驗，以揭示閉坑礦井在長期廢棄過程中積水演化和瓦斯富集情況。