[发明专利]一种破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验测试方法

说明书

本发明公开了一种破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验测试方法，用于进行煤矿开采采空区破碎煤岩体压实过程中孔隙结构变化及渗流演化特征的测试，同时能够构建破碎煤岩体的孔隙结构。测试方法流程具体为：(1)根据实验设计方案选择合适粒径的破碎煤岩样放置于可视化透明釜体内；(2)实测采空区垮落带压实应力，设计破碎煤岩样实验室加卸载应力路径；(3)按照设计的加卸载应力路径进行破碎煤岩样加载；(4)在应力加载过程中，每增加指定应力，采用全自动气液渗流系统进行气体或者液体的渗透率测试；(5)在加载过程中分别在压实应力达到指定应力的情况下进行CT扫描。最终得出采空区破碎煤岩体压实过程中孔隙结构变化及渗流演化特征。

技术领域

本发明涉属于煤层密闭采空区垮落带压实过程中破碎煤岩体孔隙结构及渗流特征的测试设备及方法，具体涉及一种破碎煤岩样应力-破碎-渗流耦合特征的实测方法，尤其是一种破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验测试方法。

背景技术

煤层开采过程中上覆岩层一般可划分为“三带”，由下至上依次为垮落带、贯穿裂隙带以及弯曲下层带(弯曲下沉带一般包含离层裂隙带及弯曲变形带)。采空区垮落带一般由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落的岩层带，又称冒落带，根据实验室实测其孔隙率高达30％～45％。由于垮落带孔隙率高，渗透率大，邻近煤层卸压瓦斯、含水层或地表水涌入采空区使其蕴含着大量的瓦斯及水资源。而采空区垮落带渗流特征不仅影响着水及瓦斯资源的高效抽采利用，还影响着残煤氧化自燃，威胁着工作面的安全生产。除此之外，采空区垮落带的渗流力学性质还与地表沉陷、温室气体地下存储、地下水库建设、水资源过滤等密切相关。因此，准确的掌握采空区垮落带渗流特征的时空演化关系对煤矿安全高效生产、采空区水瓦斯等资源利用、环境生态保护等具有重要的意义。然而采空区垮落带由于包含大量有毒有害气体及水资源，一般处于封闭状态，很难进行垮落带压实过程中的孔隙结构及渗透率实测。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，设计一套破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验系统并给出了相应的测试方法，以实现垮落带压实过程中的孔隙结构及渗透率实测。该方法简单实用、安全高效、可行性高、精确度高，功能性强。

本发明的一种破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验测试方法，采用：破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验系统，所述破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验系统包括：可视化透明釜体、全自动伺服加载装置、微焦点CT扫描仪、高速摄像机、全自动气液渗流系统以及气液自动切换流量计。测试方法主要包括压实应力路径实测、破碎煤岩样制备、应力测试点选择、CT扫描、渗透率测试、高速摄像机拍摄，孔隙结构重构以及各方法之间的相互配合，实现采空区垮落带破碎煤岩样应力-破碎-渗流耦合特征的实测，所述破碎煤岩样可视化伺服加载渗流实验测试方法包括如下步骤：

a、在煤矿开采采空区布置钻孔应力计实测采空区应力演化规律，进行实验室加卸载应力路径的设计；

b、在采空区垮落带直接选取破碎煤岩块，运回实验室加工至不同粒径大小的破碎煤岩样，其中最大颗粒粒径不大于可视化透明釜体直径的1/5；

c、将破碎煤岩样按照煤样在下岩样在上依次放置在透明釜体内，摇匀后测量破碎煤岩样高度；

d、根据设计的加卸载应力路径，使用全自动伺服加载装置对破碎煤岩样进行加载；

e、根据设计的加卸载应力路径，将应力路径分为若干个应力点；具体为按照应力路径里的最大以及最小应力值等分为5个应力点。在第1与第2个应力点之间插入3个应力点，在第2与第3个应力点之间插入2个应力点，在第3个与第4个应力点之间插入1个应力点，一共11个应力点，因此，将最小至最大应力路径划分为10个应力阶段进行测量。