水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤层瓦斯流动模拟的实验装置，尤其涉及一种水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置。
【背景技术】
[0002]高瓦斯压力、低渗透率与高突出危险性是我国主要煤与瓦斯突出矿区煤层赋存的基本特征，如何增加煤层透气性、降低瓦斯压力并进而消除煤层突出危险性是瓦斯灾害防治领域的重要研究课题。目前，水力化技术措施作为强化瓦斯抽采及防治煤与瓦斯突出的重要手段，已在实践中得到较为广泛的应用，包括煤层注水、水力冲孔、水力割缝、水力和水力压裂等。以往的研究表明，不同的水力化措施在瓦斯灾害防治中的作用机理不尽相同，如:苏现波等测试了煤样启动压力梯度和渗透率，认为煤层注水对基质煤块内部的瓦斯实现了封闭，使瓦斯解吸更加困难，同时随着含水饱和度增大，启动压力梯度增加且渗透率降低，这是煤层注水抑制瓦斯涌出的原因；刘明举等检验了水力冲孔在严重突出煤层中的应用效果，分析认为水力掏槽孔周围煤体向孔道移动，引起煤体变形和顶、底板相向位移，使煤层得到卸压，同时提高了煤层透气性；林柏泉等提出了钻割抽一体化技术，认为高压水力割缝破坏了钻孔周围的应力集中区，缝槽周围煤体向缝槽空间移动时产生大量拉伸裂隙和剪切裂隙，增大了煤层的透气性；王凯、刘明举等分别考察了水力挤出的防突效果，分析认为煤体的挤出使工作面前方集中应力带前移，卸压带增宽，同时破碎煤体的透气性增强；富向分析了水力压裂的增透机理，认为钻孔在高压水作用下发生起裂后，高压水在煤层中的层理面、切割裂隙及原生裂隙等各级弱面内产生水压力，促使该级弱面发生扩展和延伸，并逐步在煤层中相互连通形成贯通网络，造成煤层的压裂分解。
[0003]从上述分析中可以看出，采取煤层注水预防煤与瓦斯突出的机理在于通过水力化措施，抑制注水区域内煤中吸附瓦斯的解吸，同时使煤体含水率增加、塑性增强、渗透率降低；而关于水力冲孔、水力割缝、水力挤出和水力压裂等水力化措施，以往的研究重点则主要集中在如何改变煤体应力状态以及促进煤体裂隙的发育与发展上。值得注意的是，虽然各水力化措施的施工工艺及作用机理存在差异，但它们无一例外的共性特征是都必须使外界压力水通过煤体裂隙通道进入煤层，而水力化措施导致的煤层含水率变化以及对煤层渗透率的损伤抑制效应，从本质上讲是与水力化措施强化瓦斯抽采的目的相矛盾的。
[0004]总体而言，目前人们关于外界压力水侵入对煤层含水率和瓦斯渗透率的影响规律方面的认识目前尚不够深入，缺乏系统的研究，从而在一定程度上影响到水力化强化瓦斯抽采与瓦斯治理技术方案的合理选择及其工艺参数优化和效果评估。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能系统研究水利化措施实施过程中及实施后，即高压水侵入含瓦斯的原始煤层过程及之后，煤体含水率和瓦斯渗透率的变化规律及其耦合关系的水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明的水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置，包括应力加载系统、气液加载系统和气水分离系统，所述应力加载系统包括煤样夹持器，所述煤样夹持器设有保温层和温度传感与控制装置，所述煤样夹持器轴向的一端设有轴向加载装置，所述轴向加载装置连接有轴压加载的针式手动加载栗，所述煤样夹持器的侧壁连接有围压加载的针式手动加载栗，所述煤样夹持器轴向的另一端与气液加载系统相连；所述气液加载系统设有气相管路和液相管路，所述气相管路与高压瓦斯瓶和高压氦气瓶分别连接，所述液相管路与水力平流栗连接；所述轴向加载装置的外端与气水分离系统相连，所述气水分离系统包括真空栗和气水分离器。
[0008]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置，能系统深入的研究高压水侵入含瓦斯的原始煤层过程及之后，煤体含水率和瓦斯渗透率的变化规律及其耦合关系。
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例提供的水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置的结构示意图。
[0010]图中:
[0011]1、高压瓦斯瓶，2、高压氦气瓶，3、水力平流栗，4、压力传感器，5、围压加载的针式手动加载栗，6、温度传感与控制装置，7、轴压加载的针式手动加载栗，8、流量传感器，9、气水分离器，10、保温层，11、真空栗，12、实验煤样，13、轴向加载装置。
【具体实施方式】
[0012]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0013]本发明的水力化措施对煤体瓦斯渗流特性影响的物理模拟试验装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0014]包括应力加载系统、气液加载系统和气水分离系统，所述应力加载系统包括煤样夹持器，所述煤样夹持器设有保温层和温度传感与控制装置，所述煤样夹持器轴向的一端设有轴向加载装置，所述轴向加载装置连接有轴压加载的针式手动加载栗，所述煤样夹持器的侧壁连接有围压加载的针式手动加载栗，所述煤样夹持器轴向的另一端与气液加载系统相连；所述气液加载系统设有气相管路和液相管路，所述气相管路与高压瓦斯瓶和高压氦气瓶分别连接，所述液相管路与水力平流栗连接；所述轴向加载装置的外端与气水分离系统相连，所述气水分离系统包括真空栗和气水分离器。
[0015]所述轴压加载的针式手动加载栗的加载管路上、围压加载的针式手动加载栗的加载管路上、气相管路上分别设有压力传感器，所述气水分离器连接有流量传感器，所述压力传感器和流量传感器分别与数据采集与处理计算机连接。
[0016]所述气水分离器和煤样夹持器分别设有称重装置。
[0017]鉴于目前各水力化措施工艺及作用机理的差异性，本发明针对其共性特征，系统深入研究高压水侵入含瓦斯的原始煤层过程及之后，煤体含水率和瓦斯渗透率的变化规律及其耦合关系。
[0018]具体实施例，如图1所示:
[0019]装置结构与详细参数:
[0020]QCT-2型煤岩渗透率测试系统(即煤样加载与温控系统):
[0021]QTC-2型煤岩渗透率测试系统包括JB-1II手摇栗、夹持器、温度测量系统、压