[發(fā)明專利]一種煤層注水模型試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010699615.3
• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111852474A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 代樹紅;王浩然;薛勇;邵華偉;李新法;楊龍;董建強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學(xué)
• 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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營;韓惠琴

本發(fā)明公開了一種煤層注水模型試驗裝置及試驗方法，包括承載框架，其內(nèi)部用于放置被測煤層試樣，并可傾斜的固定在固定支架上；注水機(jī)構(gòu)，安裝在所述承載框架外，用于向承載框架內(nèi)部的被測煤層試樣內(nèi)注水；加載機(jī)構(gòu)，與所述注水機(jī)構(gòu)和所述承載框架內(nèi)部的承壓板連接，用于通過所述承壓板對被測煤層試樣施加加載力、以及給所述注水機(jī)構(gòu)提供氣壓以轉(zhuǎn)化為向所述被測煤層試樣內(nèi)注水的水壓。本發(fā)明的煤層注水模型試驗裝置的結(jié)構(gòu)合理，操作簡單，可根據(jù)煤礦的煤層傾角、地應(yīng)力及煤質(zhì)等情況進(jìn)行針對性實驗，可模擬出不同注水壓力、流速及時間等注水條件下煤層的注水情況，可以得到煤層的最佳注水工藝。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于礦山開采試驗的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤層注水模型試驗裝置及試驗方法。

背景技術(shù)

在進(jìn)行煤層開采過程中，煤層注水技術(shù)是保證安全開采至關(guān)重要的一部分。在對煤質(zhì)較堅硬的煤層進(jìn)行注水時，在水的作用下改變了煤層的整體結(jié)構(gòu)，使其力學(xué)強(qiáng)度降低達(dá)到弱化效果，進(jìn)而卸載煤層在地形變動作用下儲存的能量，可有效的防止沖擊地壓、煤與瓦斯突出等重大災(zāi)害的發(fā)生；在對煤質(zhì)松軟的煤層進(jìn)行注水時，水在煤層中擴(kuò)散并充滿煤層的裂隙、孔隙等結(jié)構(gòu)，由于水的存在加強(qiáng)煤層結(jié)構(gòu)之間的相互作用，其力學(xué)強(qiáng)度提高達(dá)到固化效果，進(jìn)而防止片幫、冒落、冒頂?shù)劝踩鹿实陌l(fā)生。煤層注水還可以降低工作環(huán)境的粉塵濃度，預(yù)防自燃、粉塵爆炸，同時減小對工作人員的健康危害及工作設(shè)備的損耗。

由于不同的煤礦煤層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及煤質(zhì)情況的不同，采用的注水工藝也大不相同。采用現(xiàn)場實驗測試時往往測試工序復(fù)雜、周期長、人力、物力消耗多，管理難度也比較大。

發(fā)明內(nèi)容

基于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種煤層注水模型試驗裝置及試驗方法，通過對現(xiàn)場煤層進(jìn)行注水模型試驗，得出在模型中不同注水工藝下水在煤層中的擴(kuò)散現(xiàn)象，得到注水效果最佳的注水工藝，得到的結(jié)果可以反映現(xiàn)場實際注水情況，進(jìn)而應(yīng)用到實際工程中。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：本發(fā)明提供一種煤層注水模型試驗裝置，包括承載框架，其內(nèi)部用于放置被測煤層試樣，并可傾斜的固定在固定支架上；注水機(jī)構(gòu)，安裝在所述承載框架外，用于向承載框架內(nèi)部的被測煤層試樣內(nèi)注水；加載機(jī)構(gòu)，與所述注水機(jī)構(gòu)和所述承載框架內(nèi)部的承壓板連接，用于通過所述承壓板對被測煤層試樣施加加載力、以及給所述注水機(jī)構(gòu)提供氣壓以轉(zhuǎn)化為向所述被測煤層試樣內(nèi)注水的水壓。

可選的，所述加載機(jī)構(gòu)包括第一加載機(jī)構(gòu)和第二加載機(jī)構(gòu)，所述第一加載機(jī)構(gòu)包括位于所述承載框架頂部并為試樣煤層提供地應(yīng)力的氣缸、固定在所述氣缸的活塞桿上的壓力傳感器；所述壓力傳感器連接有力值顯示控制儀，用于顯示試樣煤層所受的應(yīng)力是否達(dá)到模擬地應(yīng)力數(shù)值；所述氣缸由氣泵進(jìn)行控制。

進(jìn)一步的，所述氣泵和所述氣缸之間連接有氣源處理裝置和手動氣控閥。

進(jìn)一步的，所述氣源處理裝置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(zhì)的氣源過濾器、用于使氣泵產(chǎn)生的氣壓更加穩(wěn)定的穩(wěn)壓閥和用于對氣缸的運(yùn)動部件起到潤滑的作用的油霧器。

可選的，所述注水機(jī)構(gòu)包括承壓水箱、位于所述承壓水箱頂部的進(jìn)氣口、位于所述承壓水箱中下部的出水口，所述進(jìn)氣口通過第一耐壓管與所述第二加載機(jī)構(gòu)的氣泵連接，所述出水口通過第二耐壓管與所述承載框架的注水孔連接；所述進(jìn)氣口和出水口上設(shè)有截止閥，所述第二耐壓管上安裝有轉(zhuǎn)子流量計。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)氣口的數(shù)量為兩個，其中一個進(jìn)氣口用于與所述第二加載機(jī)構(gòu)連接；另外一個進(jìn)氣口在儲存水過程中打開截止閥平衡氣壓，進(jìn)行試驗時是關(guān)閉截止閥維持氣壓。

可選的，所述固定支架呈L型，其每條邊上具有長條形滑動槽，所述承載框架根據(jù)試驗需要角度通過螺栓和長條形滑動槽固定在該固定支架上。

本發(fā)明還提供一種上述的煤層注水模型試驗裝置的試驗方法，包括以下步驟：