[發(fā)明專利]一種煤層注水模型試驗裝置及試驗方法

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• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111852474A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 代樹紅;王浩然;薛勇;邵華偉;李新法;楊龍;董建強
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21C41/18
• 分類號: E21C41/18;E21F17/00;E21F17/18;G09B25/04
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營;韓惠琴

1.一種煤層注水模型試驗裝置，其特征在于：包括：

承載框架(10)，其內部用于放置被測煤層試樣，并可傾斜的固定在固定支架(8)上；

注水機構，安裝在所述承載框架(10)外，用于向承載框架(10)內部的被測煤層試樣內注水；

加載機構，與所述注水機構和所述承載框架(10)內部的承壓板(16)連接，用于通過所述承壓板(16)對被測煤層試樣施加加載力、以及給所述注水機構提供氣壓以轉化為向所述被測煤層試樣內注水的水壓。

2.如權利要求1所述的煤層注水模型試驗裝置，其特征在于，所述加載機構包括第一加載機構和第二加載機構，所述第一加載機構包括位于所述承載框架(10)頂部并為試樣煤層提供地應力的氣缸(12)、固定在所述氣缸(12)的活塞桿上的壓力傳感器(15)；

所述壓力傳感器(15)連接有力值顯示控制儀(26)，用于顯示試樣煤層所受的應力是否達到模擬地應力數值；

所述氣缸(12)由氣泵(25)進行控制。

3.如權利要求2所述的煤層注水模型試驗裝置，其特征在于，所述氣泵(25)和所述氣缸(12)之間連接有氣源處理裝置(21)和手動氣控閥(20)。

4.如權利要求3所述的煤層注水模型試驗裝置，其特征在于，所述氣源處理裝置(21)包括用于過濾掉氣源端壓縮空氣中的水汽、油氣和粉塵雜質的氣源過濾器(22)、用于使氣泵(25)產生的氣壓更加穩(wěn)定的穩(wěn)壓閥(23)和用于對氣缸(12)的運動部件起到潤滑的作用的油霧器(24)。

5.如權利要求2所述的煤層注水模型試驗裝置，其特征在于，所述注水機構包括承壓水箱(5)、位于所述承壓水箱(5)頂部的進氣口(2)、位于所述承壓水箱(5)中下部的出水口(4)，所述進氣口(2)通過第一耐壓管(1)與所述第二加載機構的氣泵連接，所述出水口(4)通過第二耐壓管與所述承載框架的注水孔(17)連接；

所述進氣口(2)和出水口(4)上設有截止閥(3)，所述第二耐壓管上安裝有轉子流量計(7)。

6.如權利要求5所述的煤層注水模型試驗裝置，其特征在于，所述進氣口(2)的數量為兩個，其中一個進氣口(2)用于與所述第二加載機構連接；另外一個進氣口(2)在儲存水過程中打開截止閥(3)平衡氣壓，進行試驗時是關閉截止閥(3)維持氣壓。

7.如權利要求1所述的煤層注水模型試驗裝置，其特征在于，所述固定支架(8)呈L型，其每條邊上具有長條形滑動槽，所述承載框架(10)根據試驗需要角度通過螺栓(9)和長條形滑動槽固定在該固定支架(8)上。

8.一種采用如權利要求2至7任一項所述的煤層注水模型試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、煤層物理、力學性質測試：取現(xiàn)場煤層試樣并測試其物理、力學參數；

S2、確定實驗模型相似比：根據煤層現(xiàn)場情況和模型試驗設備確定煤層尺寸，物理、力學性質和注水壓力、注水孔深、注水流量、注水時間、注水量等注水條件的相似比；

S3、實驗煤樣：采用現(xiàn)場煤樣或加工成型煤試件進行試驗，型煤與現(xiàn)場煤樣的相似率不得低于95％；

S4、注水實驗：

S4.1、檢查并連接實驗設備，將承載框架(10)打開水平放置，將被測煤層試樣平鋪入承載框架(10)的下半部分，放置好后將承載框架(10)的兩部分重新組合固定，調整承壓板(16)壓住模擬煤層的頂部；

S4.2、將承載框架(10)以實驗要求角度固定在固定支架(8)上，啟動第一加載機構加載至力值顯示控制儀(26)顯示的應力達到模擬地應力數值；

S4.3、調整第二加載機構至注水壓力大小，打開進氣口(2)和出水口(4)的截止閥(3)進行加載并控制注水流量；

S4.4、達到注水量、注水時間等注水條件時停止加載并關閉閥門；

S5、打開承載框架(10)，對試驗煤樣鉆取鉆屑或取圓柱樣并測試含水率分布，最終確定濕潤范圍；

S6、根據不同注水條件下的擴散范圍，確定最佳注水工藝。