[实用新型]煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置

说明书

(一).技术领域

本实用新型涉及一种煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置，利用岩石力学试验机对煤岩试样进行加载破坏过程中，研究瓦斯在煤岩中的渗透性试验提供了试验条件，寻求煤岩试样在双向加载试验条件下瓦斯的运移规律，为煤矿井下采煤工作面的防灾减灾和瓦斯抽采提供依据。

(二).背景技术

随着目前煤矿开采深度的逐年增加，煤矿的自然灾害更加突出，尤其是瓦斯的涌出对煤矿井下工作面生产造成严重威胁。煤矿瓦斯作为一种资源，充分利用煤层开采过程中岩层移动对瓦斯卸压作用并根据岩层移动规律来优化抽放方案、提高抽出率，在煤层开采时形成采煤和采煤层气两个完整的开采系统，即形成“双能源开采”技术。而工作面的瓦斯涌出与诸多因素有关，其中煤岩体的坚硬程度、裂隙发育程度，裂隙的方向，裂隙的连通程度、所受应力状态、瓦斯压力等因素有关，使得研究煤矿井下采煤工作面瓦斯运移规律的研究变得十分复杂。在煤矿采煤工作面生产过程中，随着工作面的向前推进，工作面煤体的应力状态呈现周期性变化，前方煤体的裂隙也随之发生相应的变化，煤体中瓦斯的运移规律与上述等诸多因素有关，其中煤体裂隙的发育程度关系最为密切。而裂隙形成又与煤体所受应力密切相关，煤岩体的瓦斯的运移规律与煤岩体的应力存在某些关系，需要进行仔细研究。而国内大多数研究者在室内对Φ50mm×100标准煤样进行三向应力状态下进行瓦斯的渗透性规律研究，由于标准煤样尺寸较小，含裂隙少，完整性相对较好，这与煤矿井下采煤工作面煤体的实际情况不完全相符。由于现场生产条件的限制和目前现场测试手段的不完善，对上述诸多因素难以进行仔细的考虑。根据煤矿井下采煤工作面初次来压和周期来压期间，工作面的瓦斯浓度涌出量明显增加。因此，有必要对煤矿井下工作面煤体的应力、瓦斯的运移规律进行深入研究，试图研制一套适合在室内进行煤矿井下采煤工作面煤体的瓦斯运移规律的模拟试验，寻求煤岩试样在双向加载试验条件下瓦斯的运移规律，为煤矿井下采煤工作面的防灾减灾和瓦斯抽采提供依据。

(三).发明内容：

利用岩石力学试验机对试样进行加载、声发射系统同时进行监测的试验条件下，研制出一套煤岩、气渗透性双向加载试验装置，寻求煤岩试样在双向加载试验条件下瓦斯的运移规律，本发明的目的在于提供一种能够实现在垂直Z方向由试验机主动轴向加载，水平Y方向采用两块侧限板由两根螺栓连接被动约束，水平X方向一边加瓦斯，另一边为自由面。在室内模拟煤矿井下工作面前方煤体瓦斯随工作面推进过程中的运移规律。要求满足在加载过程中试样Z和Y方向4个侧面密封不卸漏，水平X方向加瓦斯，另外一个方向模拟采煤工作面煤体的试验装置，研究煤岩体在不同应力加载过程中瓦斯的渗透性与应力之间的关系。克服了现有气固耦合试验装置与工作面前方煤岩体受力状态不完全相符的不足，该试验装置能够模拟采煤工作面前方煤体、气耦合渗透性试验，研究煤体在不同应力条件下瓦斯的运移规律。要求试样应处于Z、Y两个方向4个约束，X方向加瓦斯的密闭试验环境，其受力状态是轴向Z主动加载，水平Y被动约束，水平X一面加瓦斯，另一面为自由面模拟工作面煤体，研究煤岩体在不同应力加载过程中瓦斯的运移规律。得出试样在加载过程中应力与瓦斯的运移规律，为煤矿井下采煤工作面的防灾减灾和瓦斯抽采提供依据。

本实用新型煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置。其特征是：利用岩石力学试验机对试样进行加载、声发射系统同时进行监测的试验条件下，同时配备相应的气源，气体压力测试系统，气体流量测试系统，构成一整套煤岩、气耦合渗透性双向加载试验测试系统。整个系统主要由气源单元I、气体压力测试单元II、气体流量测试单元III、试验机加载及控制单元IV、声发射监测单元V、煤岩、气、液耦合渗透性双向加载试验装置单元VI六部分组成，其中煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置单元VI是本次发明的主体，发明的关键技术是试验装置的结构特征和试样的密封处理技术。

气源单元与气体压力测试单元和气体流量测试单元连接后，再与煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置和声发射监测单元连接，试验机控制及加载单元与煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置，其中煤岩、气耦合渗透性双向加载试验装置单元本实用新型的主体，主要由试样1、透气板2、密封胶板3、底板4、进气口5、压条6、上压板7、紧固螺栓8、9、左侧限板10、右侧限板11、压紧螺栓12、垫片13及压紧螺母14部件组成。

试样1：尺寸为150mm×150mm×150mm煤岩试样，要求试样表面平整，相邻侧面相互垂直，端面的平行度小于0.1mm。150mm×150mm×150mm立方体。