[发明专利]液氮致裂钻孔煤实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿室内实验装置领域，具体为一种液氮致裂钻孔煤实验装置，作为模拟现场采用液氮注入煤层钻孔致裂装置。

背景技术

煤矿瓦斯是我国煤矿发生灾害事故的主要根源之一，防治瓦斯灾害最根本的措施就是消除煤层中的瓦斯，即进行瓦斯抽采，煤矿抽放瓦斯是防治煤矿瓦斯灾害过程中的又一次巨大的技术进步，随着开采深度的增加，煤层透气性越来越差。我国95％以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层，透气性系数均小于0.1m²/MPa²·d，绝大部分矿井煤层均属难以抽采煤层。然而对于低透气性煤层来说，预抽原始煤层瓦斯效果很难达到理想状态。因此，如何增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率是当前瓦斯治理工作中急需解决的问题。

目前，主要是采用各种技术手段使煤体中产生裂隙和扩展原生裂隙从而形成裂隙网络，以此来增加煤层透气性，从而提高低透气性煤层煤层气的抽采量。多年来学者们提出了交叉钻孔、水力压裂和水力割缝等水力化措施、炸药爆破、液态CO₂爆破、地面井强化抽采等瓦斯抽采技术。但是该方法存在不足之处：如交叉钻孔会因钻孔变形而失效，水力压裂不易控制压裂方向，且消耗大量水，松动爆破法会对顶底板造成严重破坏或易诱发煤与瓦斯突出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液氮致裂钻孔煤实验装置，利用该装置新的低透气性煤层增透方法———液氮致裂增透技术，以此来增加煤层透气性、提高煤层瓦斯抽放性。

本发明的技术方案是：

一种液氮致裂钻孔煤实验装置，包括：试件、框架、底板、上压板、上压头、左侧压板、右侧压板、油缸一、活塞一、油缸二、活塞二、前压板、后压板、导管一、液氮泵、导管二、液氮罐，具体结构如下：

试件设置于底板上，试件上方设置上压板，上压板中部通过上压头与试件上表面压触；试件的左侧设置左侧压板于底板上，试件的右侧设置右侧压板于底板上，左侧压板、右侧压板的外侧设置框架，框架的左右两侧中部分别设置配套使用的油缸一、活塞一，活塞一的一端与左侧压板或右侧压板相对应；试件的前侧设置前压板于底板上，试件的后侧设置后压板于底板上，前压板、后压板的外侧设置框架，框架的前后两侧中部分别设置配套使用的油缸二、活塞二，活塞二的一端与前压板或后压板相对应；导管一的一端穿过上压头伸至试件中，导管一的另一端设置液氮泵，液氮泵通过导管二与液氮罐连接。

所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，上下相对设置的上压板、底板之间通过配套使用的螺杆、螺母连接。

所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，上压头与试件的接触面上设置密封圈。

所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，四通阀一分别通过管路与油缸一、液压泵连通，四通阀一上安装压力表一。

所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，油缸一与液压泵连通产生的压力驱动活塞一向前运动，活塞一推动左侧压板或右侧压板向试件的左右两侧运动，对试件施加压力而引起围压效果。

所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，四通阀二分别通过管路与油缸二、液压泵连通，四通阀二上安装压力表二。

所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，油缸二与液压泵连通产生的压力驱动活塞二向前运动，活塞二推动前压板或后压板向试件的前后两侧运动，对试件施加压力而引起围压效果。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明液氮致裂钻孔煤实验装置可以分别对试件施加0～50MPa围压，同时可以向试件的钻孔内注入液氮，具有围压产生的密封效果与注入液氮的同步性。

2、本发明液氮致裂钻孔煤实验装置内部压板可以调整角度，自动适应试件表面的倾角，达到试件各表面受力均匀，具有避免应力集中的优点，可以研究液氮作用下钻孔煤致裂效果。

附图说明

图1-图2为本发明的结构示意图。其中，图1为主视图；图2为俯视图。

图中，1、试件；2、框架；3、底板；4、上压板；5、上压头；6、左侧压板；7、右侧压板；8、油缸一；9、活塞一；10、螺杆；11、螺母；12、密封圈；13、油缸二；14、活塞二；15、前压板；16、后压板；17、导管一；18、液氮泵；19、导管二；20、液氮罐；21、四通阀一；22、压力表一；23、四通阀二；24、压力表二；25、液压泵。

具体实施方式