[发明专利]一种相似模拟实验中测量煤柱透气性的装置及方法

摘要

本发明公开了一种相似模拟实验中测量煤柱透气性的装置及方法，属于相似模拟实验领域。该装置包括煤柱包裹体，煤柱包裹体的结构与所测煤柱相同，包裹体内表面与内部煤柱通过紧固装置紧密贴合；所述煤柱包裹体为一长方体结构，在长方体的相对两个面上分别连接高压软管，一端为进气端，另一端为出气端；进气端提供测量渗透率需要的瓦斯气体，出气端分别连通真空泵和大气。本发明将透气性测试应用于相似模拟实验中，尤其是可测试一定尺寸煤柱在煤柱两侧开挖形成不同尺寸老空区（对应于煤柱受到不同应力状态）时透气性的变化规律；改变煤柱包裹体尺寸可进一步研究不同尺寸煤柱在相同应力状态下透气性的差异性规律的研究。

主权项

1.一种相似模拟实验中测量煤柱透气性的装置，其特征在于：包括煤柱包裹体，煤柱包裹体的结构与所测煤柱相同，包裹体内表面与内部煤柱通过紧固装置紧密贴合；煤柱包裹体为一长方体结构，在长方体的相对两个面上分别连接高压软管，一端为进气端，另一端为出气端；所述进气端的高压软管上依次设有第一阀门、压力表、减压阀、高压钢瓶；高压钢瓶内设有瓦斯气体；所述出气端的高压软管上依次设有第二阀门、流量表、三通管，其中三通管的一侧连接第三阀门和真空泵，另一侧通过第四阀门连通大气；所述装置的测量煤柱透气性的方法包括以下步骤：1）搭建相似模拟试验台铺设煤层时，将采用与所模拟煤层具有相同配比的相似模拟材料由进气口装入煤柱包裹体，填充丰满，并捣实至与所铺设煤层相同的程度；2）静置10~15min后，将煤柱包裹体进气端用密封螺帽封闭，出气口连接真空泵，通过所模拟煤柱材料的配比计算出煤柱的含水量及含水率，然后使用真空泵抽出多余水分，使煤柱包裹体内的煤柱含水率降为C；3）将包裹有煤柱包裹体的煤柱的出气口用密封螺帽封闭，放入预定位置，除煤柱之外其余位置的煤层及岩层在同一时间内按照常规相似模拟实验方法铺设；4）模型装好后，为了控制模型材料力学性能的稳定，放置72h后开始进行测量，每间隔24h从实验台边界挖下50g材料，放在恒温箱中进行湿度测定，当含水率达到C时，拆下槽钢进行模型的开挖工作；5）首次开挖完成后，待采空区完全形成，上覆岩层运动稳定，拆下进气口、出气口的密封螺帽，进气端的高压软管上依次连接第一阀门、压力表、减压阀、高压钢瓶；出气端的高压软管上依次连接第二阀门、流量表、三通管，其中三通管的一侧连接第三阀门和真空泵，另一侧通过第四阀门连通大气；将煤柱包裹体的紧固装置调紧，准备测试；6）测试时，首先关闭第一阀门、第四阀门，打开第二阀门、第三阀门，开启真空泵将管路抽至真空；7）关闭第三阀门，打开第四阀门，使得煤柱连同出气口侧管路恢复到大气压；8）随后打开第一阀门、高压钢瓶开关，开启减压阀至压力P，瓦斯气体将沿煤柱进行运移时观察记录压力表、流量表示数；9）根据压力表、流量表示数，结合测试气体的动力粘度，使用达西定律公式计算出煤柱的渗透率K1；10）随后进行第二次实时开挖，开挖完成待上覆岩层运动稳定后循环步骤6）~9），即可得到第二开挖时段煤柱的透气性K2；11）每次开挖完成待上覆岩层运动稳定后均循环步骤6）~9）直至开挖全部完成；至此获得所有开挖状态下煤柱的渗透率K1‑Kn。