[發(fā)明專利]一種瓦斯抽采鉆孔多功能物理模擬實驗裝置及使用方法

在審

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• 申請日: 2020-07-06
• 公開（公告）號: CN111648818A
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發(fā)明（設計）人: 薛俊華;詹可亮;杜軒宏;馬騫;靳高漢
• 申請（專利權(quán)）人: 西安科技大學;平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B47/00;E21B49/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 韓雪梅

本發(fā)明公開一種瓦斯抽采鉆孔多功能物理模擬實驗裝置，包括主箱體、加載模塊、氣液加注模塊和監(jiān)測模塊，加載模塊包括加載元件和復合支撐板，加載模塊的數(shù)量為三組，三組加載元件施加載荷的方向兩兩相垂直；氣液加注模塊能夠向相似材料中注入液體和氣體。本發(fā)明還提供一種瓦斯抽采鉆孔多功能物理模擬實驗裝置的使用方法，向主箱體中填充相似材料，根據(jù)地層含水情況，利用氣液加注模塊向相似材料中加注水，利用加載模塊從三個方向?qū)ο嗨撇牧鲜┘虞d荷，利用氣液加注模塊令主箱體內(nèi)壓力保持穩(wěn)定，隨后進行模擬抽采，利用監(jiān)測模塊監(jiān)測實驗過程中相似材料內(nèi)部的損傷過程及鉆孔生命周期的參量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤層瓦斯抽采實驗設備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種瓦斯抽采鉆孔多功能物理模擬實驗裝置及使用方法。

背景技術(shù)

煤礦瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的主要災害之一，同時又是一種清潔能源。近些年來，隨著開采深度的增加，瓦斯災害越來越成為影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素，瓦斯抽采是防治礦井瓦斯災害的根本性方法。

由于煤層的不可透視性，實際生產(chǎn)中無法直觀觀察到鉆孔對煤層中裂隙結(jié)構(gòu)的影響，因而難以準確設置各個抽采鉆孔間的布置距離及打孔參數(shù)，容易出現(xiàn)串孔、鉆孔間距不合理等弊端。且目前大部分礦井已進入深部開采階段，水力割縫、水利造穴、氣相預裂等卸壓增透鉆孔已經(jīng)較大范圍應用開來，在不同地質(zhì)條件下，不同卸壓增透措施的應用效果不同，如果不能準確的掌握卸壓增透措施對煤巖體的影響效果，單純靠經(jīng)驗進行布置施工，可能產(chǎn)生事倍功半的效果效果，甚至會導致誘發(fā)沖擊地壓的可能性。現(xiàn)有的實驗室用鉆孔模擬實驗裝置大多采用壓頭直接加載煤體，會出現(xiàn)加壓不均、產(chǎn)生裂隙等弊端，且大多無法實現(xiàn)準確三軸加載，相應的監(jiān)測方法也比較落后，降低了實驗結(jié)果的準確性和可靠性。

因此，如何改變現(xiàn)有技術(shù)中，鉆孔模擬實驗裝置對煤體加壓時加壓不均、易產(chǎn)生裂隙的現(xiàn)狀，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種瓦斯抽采鉆孔多功能物理模擬實驗裝置及使用方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，使模擬實驗裝置能夠?qū)γ后w穩(wěn)定加壓，提高實驗準確度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：本發(fā)明提供一種瓦斯抽采鉆孔多功能物理模擬實驗裝置，包括主箱體、加載模塊、氣液加注模塊和監(jiān)測模塊，所述主箱體內(nèi)能夠容納待測試的相似材料，所述主箱體具有箱體開口和活動擋板，所述箱體開口與所述主箱體的內(nèi)腔相連通，所述活動擋板與所述主箱體可拆卸連接，所述活動擋板設置于所述箱體開口處；所述加載模塊包括加載元件和復合支撐板，所述加載元件能夠向所述復合支撐板施加載荷，所述加載元件施加載荷的方向與所述復合支撐板相垂直，待測試的相似材料位于所述復合支撐板與所述主箱體的內(nèi)壁圍成的空腔內(nèi)，所述加載模塊的數(shù)量為三組，三組所述加載元件施加載荷的方向兩兩相垂直；所述氣液加注模塊與所述主箱體的內(nèi)腔相連通，所述氣液加注模塊能夠向相似材料中注入液體和氣體，所述監(jiān)測模塊能夠監(jiān)測實驗過程中相似材料內(nèi)部的損傷過程及鉆孔生命周期的參量。

優(yōu)選地，所述加載模塊還包括殼體，所述加載元件設置于所述殼體內(nèi)，所述殼體與所述主箱體可拆卸連接，所述殼體的內(nèi)腔與所述主箱體的內(nèi)腔相連通，所述加載元件采用液壓加載，所述加載元件包括液壓缸、液壓桿和液壓頭，所述液壓缸設置于所述殼體上，所述液壓桿的一端可滑動地與所述液壓缸相連，所述液壓桿的另一端與所述液壓頭相連，所述液壓桿能夠帶動所述液壓頭往復運動，所述液壓頭能夠與所述復合支撐板相抵接，所述液壓桿與所述液壓頭連接處還設置壓力位移傳感器；

所述殼體內(nèi)還設置防塵擋板，所述防塵擋板設置于所述液壓缸與所述液壓頭之間，所述液壓桿可滑動地穿過所述防塵擋板；

每一組所述加載模塊中，所述加載元件的數(shù)量為四組，四組所述加載元件相平行且連線呈矩形。

優(yōu)選地，三塊所述復合支撐板兩兩相抵且兩兩相垂直設置，所述復合支撐板的體積在另外兩塊所述復合支撐板的壓力作用下能夠被壓縮。