[發明專利]煤巖層瓦斯動力增透滲流與驅替模擬試驗系統與試驗方法

有效

• 申請號: 201811393410.1
• 申請日: 2018-11-21
• 公開（公告）號: CN109386270B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 王漢鵬;袁亮;李術才;張玉強;侯偉濤;張強勇;劉眾眾;薛陽;馬正衛
• 申請（專利權）人: 山東大學;安徽理工大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B43/16;E21B47/10;E21B49/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

1.集成了煤巖層瓦斯動力增透滲流與驅替的完整的試驗系統，其特征在于，由流體注入系統、模型密封加載系統、數據采集系統和數據處理與控制系統構成，各個系統采用模塊化設計，各模塊獨立工作，協同配合；

其中，所述的模型密封加載系統為主體結構，主要包括模型反力裝置及密封系統、應力加載系統、試件制作及就位系統；所述的模型反力裝置及密封系統用于放置試件，所述的應力加載系統用于給試件加載應力，所述的試件制作及就位系統用于制作試件以及將試件放置在模型反力裝置及密封系統內；

反力框架內安裝有鋼制內部箱體，試件直接在內部箱體內壓制成型，在壓制試件的同時完成傳感器的埋設；

所述的流體注入系統主要包括瓦斯氣體充填系統、水力致裂系統和驅替介質加載系統；所述的水力致裂系統用于試件的動力增透試驗；所述的瓦斯氣體充填系統用于試件的動力增透試驗；所述的驅替介質加載系統用于試件的瓦斯驅替試驗；

所述的數據采集系統主要用于采集試件的各個參數變化；

所述的數據處理與控制系統可分析煤層中裂隙發育規律以及煤層中瓦斯壓力場、應力場、形變、溫度場等變化規律；

煤巖層增透、滲流與瓦斯驅替集成于一體，根據具體試驗要求，對各功能進行組合使用；

所述的模型反力裝置及密封系統包括主架和底部支撐結構；所述的主架內設置有試塊加載腔；底部支撐結構在主架底部，用于支撐和移動主架；

所述的主架包括后部反力框架、中部反力框架、前部反力框架、內部箱體、縱向拉桿；所述后部反力框架、中部反力框架、前部反力框架組裝在一起，相鄰框架的連接處進行密封；在所述的中部反力框架一側設置預留孔，用以模型材料內部傳感器引線和水力壓裂；在所述前部反力框架中間設置預留孔，用以注氣/液引出；所述的內部箱體位于中部反力框架內，且在所述的中部反力框架上設有供內部箱體滑進或者滑出的導軌；所述內部箱體一側設置預留孔，用以模型材料內部傳感器引線和水力壓裂；內部箱體自帶壓頭，用于試件壓制成型和地應力加載；所述的壓頭中間設置預留孔，用以注入氣/液；壓頭前部安裝面式充填板，用以氣/液的面式充填；壓頭貫穿內部箱體頂部，中間設置一道密封圈密封。

2.如權利要求1所述的集成了煤巖層瓦斯動力增透滲流與驅替的完整的試驗系統，其特征在于，所述的底部支撐結構包括后部固定部分、前部可移動部分、兩個推力油缸；所述的后部固定部分用來支撐后部反力框架和中部反力框架；所述的前部可移動部分用來支撐前部反力框架，底部設置有導軌，使前部反力框架可以移動；兩個推力油缸安裝在后部固定部分兩側，用來推動前部可移動部分。

3.如權利要求1所述的集成了煤巖層瓦斯動力增透滲流與驅替的完整的試驗系統，其特征在于，所述的應力加載系統由液壓油缸和液壓站構成；所述的液壓油缸安裝在后部反力架上，油缸活塞穿過后部反力架伸入中部反力框架的內部箱體，與內部箱體的壓頭連接；在所述的油缸活塞設置預留孔，用以注入氣/液。

4.如權利要求1所述的集成了煤巖層瓦斯動力增透滲流與驅替的完整的試驗系統，其特征在于，所述的試件制作及就位系統包括吊車和壓力裝置；所述的吊車用以內部箱體的運輸；所述的壓力裝置用以試件的箱體內成型；所述壓力裝置底部安裝有一個大噸位油缸和四個小噸位油缸；大噸位油缸用于加載，小噸位油缸用以箱體的頂起與落下。

5.如權利要求1所述的集成了煤巖層瓦斯動力增透滲流與驅替的完整的試驗系統，其特征在于，所述的流體注入系統主要包括恒速恒壓泵、蒸汽發生器、氣體增壓泵、空氣壓縮機、真空泵、低壓儲罐、高壓儲罐、調壓閥、液體增壓系統、活塞容器、氣瓶和氣壓控制部分；

所述的恒速恒壓泵用以控制氣/液的恒速或恒壓控制；

所述的蒸汽發生器用以水的汽化；

所述的氣體增壓泵用以CO2，N2，CH4氣體的增壓；

所述的真空泵用以試件密封空間的抽真空；

所述的液體增壓系統用以液體的增壓；

所述的活塞容器作為注入液和驅替液的隔離和儲能緩沖及傳輸；

瓦斯氣體的充填和驅替介質的充填經由油缸活塞的預留孔注入；

所述的水力致裂的高壓水經由中部反力框架一側預留孔注入。