[發明專利]一種深部礦井瓦斯-水混合滲透試驗系統及其試驗方法

在審

• 申請號: 202111169056.6
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113866065A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 韓麗云;羅北榮;田沛;劉迎接;欒博強;申涵子;衛梓琪;林家欣;楊瀾泳;楊揚;王萌
• 申請（專利權）人: 西安培華學院
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08
• 代理公司: 西安啟誠專利知識產權代理事務所(普通合伙) 61240
• 代理人: 李艷春

本發明公開了一種深部礦井瓦斯?水混合滲透試驗系統及其試驗方法，系統包括滲透試驗單元、數據采集單元和數據分析顯示單元；滲透試驗單元包括滲透裝置、水泵、氣瓶和壓力控制裝置；數據采集單元包括氣水分離裝置、第一壓力傳感器和第一流量計，以及第二壓力傳感器和第二流量計；氣水分離裝置的頂部設置有排氣管，排氣管上設置有第三流量計，氣水分離裝置的底部設置有稱重支座，稱重支座上設置有稱重傳感器；數據分析顯示單元包括記錄儀和上位機。本發明系統設計合理，能夠有效應用在深部礦井瓦斯?水混合滲透試驗中，結合試驗方法，實現礦井下瓦斯?水不同壓現象的模擬試驗，接近礦山實際，數據采集實時準確，效果顯著，便于推廣。

技術領域

本發明屬于深部礦井瓦斯預抽技術領域，具體涉及一種深部礦井瓦斯-水混合滲透試驗系統及其試驗方法。

背景技術

近年來隨著煤炭資源的開采深度逐年加深，煤炭開采進入深部以后，煤層瓦斯賦存條件變得更加復雜，開采環境發生劇烈變化。由于深部巖體承受著上覆巖層自重產生的較大垂直應力以及地質構造產生的構造應力,最終導致較高的地應力，并隨之產生極大的巖溶水壓，深部條件下的地溫也將越來越高，即：高地應力、高地溫、高巖溶水壓。瓦斯預抽是國內外礦井瓦斯防治的主要途徑，預抽瓦斯不僅能降低突出危險煤層的瓦斯壓力和瓦斯含量，并由此引起煤層收縮變形、地應力下降、煤層透氣系數增加和煤的強度提高等效應，使被抽放瓦斯的煤體喪失或減弱突出危險性。然而，深部復雜的水文地質條件會導致瓦斯抽采鉆孔施工過程中產生的裂隙可能會溝通含水層，給瓦斯抽采帶來鉆孔浸水的風險，在水的軟化作用、泥化和侵蝕作用，水的浸入會降低鉆孔的穩定性，大幅縮減鉆孔的生命周期，同時，水的侵入會占據孔周煤體的瓦斯滲透通道，阻礙鉆孔周圍抽采瓦斯必經通道，瓦斯-水形成混合滲透，增加了瓦斯運移的阻力，提高了對抽采負壓的要求，即水不僅對煤體瓦斯的滲透性和煤體穩定性具有重要影響，而且還參與煤體瓦斯滲流過程。

深部煤巖體滲透性在不同的含水、含瓦斯、采動應力條件下表現出較大的差異，表現出明顯的多場耦合特征，直接影響煤層內瓦斯運移，從而影響瓦斯抽采效果的好壞。現有的研究手段主要是利用驅替的原理模擬計算瓦斯和水的相對滲透率，未能實現瓦斯-水的混合滲透的全過程模擬，且數據采集比較單一，對于全局數據變化的記錄不夠徹底，同時現有研究的對象主要集中在原煤和裂隙煤體之上，對于鉆孔周圍高孔隙率、高滲透率的損傷煤體的研究還略顯不足。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種深部礦井瓦斯-水混合滲透試驗系統，其系統結構簡單，設計合理，實現方便，能夠有效應用在深部礦井瓦斯-水混合滲透試驗中，結合試驗方法，實現礦井下瓦斯-水不同壓現象的模擬試驗，接近礦山實際，數據采集實時準確，效果顯著，便于推廣。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種深部礦井瓦斯-水混合滲透試驗系統，包括滲透試驗單元、數據采集單元和數據分析顯示單元；所述滲透試驗單元包括滲透裝置和用于為所述滲透裝置提供水源的水泵，以及用于為所述滲透裝置提供氣源的氣瓶和用于為所述滲透裝置提供應力加卸載的壓力控制裝置；所述滲透裝置與水泵之間連接有進水管，所述進水管上設置有第一單向閥，所述滲透裝置與氣瓶之間連接有進氣管，所述進氣管上設置有第二單向閥；所述數據采集單元包括氣水分離裝置和設置在進水管上的第一壓力傳感器和第一流量計，以及設置在進氣管上的第二壓力傳感器和第二流量計；所述氣水分離裝置與滲透裝置之間連接有水氣排出管，所述水氣排出管上設置有第三單向閥，所述氣水分離裝置的頂部設置有排氣管，所述排氣管上設置有第三流量計和第四單向閥，所述氣水分離裝置的側面設置有排水閥，所述氣水分離裝置的底部設置有稱重支座，所述稱重支座上設置有稱重傳感器；所述數據分析顯示單元包括記錄儀和與記錄儀相接的上位機，所述第一壓力傳感器、第二壓力傳感器、第一流量計、第二流量計、第三流量計和稱重傳感器均與記錄儀的輸入端連接。