一种煤岩三轴应力-化学-渗流耦合增渗实验系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及矿山实验技术领域，具体涉及一种煤岩三轴应力

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统及方法


[0001]本专利技术涉及矿山实验
，具体涉及一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统及方法
。

技术介绍

[0002]提高煤层渗透率，是瓦斯高效抽采
、
矿井瓦斯灾害防治的根本措施
。
在煤层注水过程中向水中添加化学试剂，改变煤中孔隙结构
、
改善气体渗流通道，均匀提高煤层渗透性，是较为简单
、
高效的煤岩增渗手段
。
[0003]研究化学行为对煤岩渗透特性及力学特性的作用机制，开展煤岩化学增渗实验具有重要意义
。
煤岩化学增渗是通过化学作用来改变煤岩细观物理结构
。
煤岩细观结构直接影响着气液两相流体的运移状态，而煤中气液两相流体的渗流特性同样对化学行为产生影响
。
在深部煤层开采中煤岩的赋存环境非常复杂，其细观结构不仅与煤岩自身物理性质有关，还受煤层开采深度
、
地应力
、
孔隙压力的影响
。
在应力场
、
化学场
、
渗流场的共同作用下，煤岩化学增渗是一个多场耦合作用的过程
。
[0004]目前煤岩化学增渗的室内实验多采用浸泡法，通过控制溶液浓度
、
浸泡温度
、
浸泡时间来提供煤岩增渗的化学环境，对浸泡后的煤样进行渗流试验，研究不同浸泡条件下煤样的渗透特性变化规律
。
但现有技术条件在浸泡阶段没有考虑不同开采深度下煤岩所受围压和孔隙压力的影响，无法还原真实力学环境下煤样在渗透特性及力学特性方面的改性效果
。
并且对浸泡后的煤样进行渗流实验则导致实验过程不连续，实验误差较大
。
因此，如何实现在地应力和孔隙压力共同作用下煤岩化学增渗的全过程模拟实验是本专利技术解决的问题
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统及方法
。
[0006]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，包括三轴应力加载装置和分别与之通过管线连接的煤岩渗透率测试装置和化学增渗装置；所述三轴应力加载装置包括实验腔室和设置在实验腔室顶端和底端的上座和下座，所述实验腔室内
、
位于下座的中心处设置有支撑轴，所述支撑轴上设置有试件，所述试件的顶部设置有贯穿上座的活塞杆，所述支撑轴和活塞杆的轴线处分别开设有通孔，所述支撑轴上通孔的出口处依次连接有出口端阀门
、
气体流量计，所述活塞杆上通孔的出口处分别连通所述煤岩渗透率测试装置和化学增渗装置，所述活塞杆伸出上座顶部的一端设置有液压千斤顶
。
[0008]优选的，所述试件的中部安装有径向位移传感器，所述液压千斤顶和活塞杆的顶部之间设置有压力传感器
(
轴压
)。
[0009]优选的，所述实验腔室通过管线连通高压气瓶
(
围压
)
，所述管线上连接有三通阀，
所述三通阀上连接有压力传感器
(
围压
)。
[0010]优选的，所述煤岩渗透率测试装置包括高压气瓶，所述高压气瓶通过管线与活塞杆上的通孔连接，所述管线上设置有高压减压阀
(
孔压
)
，所述高压减压阀
(
孔压
)
与活塞杆之间的管线上连接有四通阀
。
[0011]优选的，所述化学增渗装置包括电动试压泵，所述四通阀分别通过管线与所述电动试压泵和压力传感器
(
孔压
)
连接
。
[0012]优选的，所述气体流量计
、
所述径向位移传感器
、
压力传感器
(
轴压
)、
压力传感器
(
围压
)、
压力传感器
(
孔压
)
分别与数据采集系统连接，所述数据采集系统包括数据采集仪，所述数据采集仪电性连接有计算机
。
[0013]优选的，还包括底座，所述底座上对称设置有立柱，两个所述立柱的顶端连接有横梁，所述三轴应力加载装置放置在所述底座上，所述液压千斤顶位于所述横梁和活塞杆之间
。
[0014]优选的，所述活塞杆下端面和支撑轴上端面分别设置有环形凹槽，所述环形凹槽分别与活塞杆和支撑轴上的通孔连通
。
[0015]优选的，所述试件的两端用喉箍分别与活塞杆和支撑轴卡紧，所述液压千斤顶的顶部设置有圆形压冒
。
[0016]相应的，一种利用上述实验系统的实验方法，包括以下步骤：
[0017]步骤一：将试件放置在支撑轴上，活塞杆放置在试件上，用喉箍将试件两端及支撑轴上端部和活塞杆下端部箍紧；
[0018]步骤二：将下座
、
实验腔室
、
上座分别对位安装，将三轴应力加载装置放置在底座上，连接立柱
、
横梁；
[0019]步骤三：安装压力传感器
(
围压
)、
压力传感器
(
孔压
)
，同时连接电动试压泵到四通阀上，连接气体流量计；活塞杆顶部依次放置压力传感器
(
轴压
)、
液压千斤顶，各传感器连接至数据采集仪，并连接至计算机终端；
[0020]步骤四：通过液压千斤顶对试件施加一定轴压，开启高压气瓶
(
围压
)
及高压减压阀
(
围压
)
对试件施加围压，交替施加轴压和围压至实验条件，加载过程保证轴压不小于围压；开启电动试压泵向试件内注入化学试剂，待出口处有液体渗出关闭电动试压泵
、
四通阀和出口端阀门，按实验方案静置；
[0021]步骤五：达到实验所需改性时间后，打开出口端阀门
、
四通阀，开启高压气瓶
(
孔压
)
及高压减压阀
(
孔压
)
向试件内通入实验气体，待出口端没有液体流出时测试通过试件的气体流量
。
[0022]本专利技术具备以下有益效果：
[0023]本专利技术采用三轴应力加载装置对煤岩化学改性过程提供轴压及围压，模拟煤岩处于地应力的状态，通过化学增渗装置提供孔隙水压及煤岩化学改性环境，通过渗透率测试装置提供孔隙气压及测试化学改性煤岩的渗透率，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，其特征在于：包括三轴应力加载装置和分别与之通过管线连接的煤岩渗透率测试装置和化学增渗装置；所述三轴应力加载装置包括实验腔室
(202)
和设置在实验腔室
(202)
顶端和底端的上座
(203)
和下座
(201)
，所述实验腔室
(202)
内
、
位于下座
(201)
的中心处设置有支撑轴
(205)
，所述支撑轴
(205)
上设置有试件
(212)
，所述试件
(212)
的顶部设置有贯穿上座
(203)
的活塞杆
(204)
，所述支撑轴
(205)
和活塞杆
(204)
的轴线处分别开设有通孔
(206)
，所述支撑轴
(205)
上通孔
(206)
的出口处依次连接有出口端阀门
(15)、
气体流量计
(20)
，所述活塞杆
(204)
上通孔
(206)
的出口处分别连通所述煤岩渗透率测试装置和化学增渗装置，所述活塞杆
(204)
伸出上座
(203)
顶部的一端设置有液压千斤顶
(6)。2.
根据权利要求1所述的一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，其特征在于：所述试件
(212)
的中部安装有径向位移传感器
(24)
，所述液压千斤顶
(6)
和活塞杆
(204)
的顶部之间设置有压力传感器
(
轴压
)(17)。3.
根据权利要求2所述的一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，其特征在于：所述实验腔室
(202)
通过管线连通高压气瓶
(
围压
)(7)
，所述管线上连接有三通阀
(10)
，所述三通阀
(10)
上连接有压力传感器
(
围压
)(18)。4.
根据权利要求1所述的一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，其特征在于：所述煤岩渗透率测试装置包括高压气瓶
(12)
，所述高压气瓶
(12)
通过管线与活塞杆
(204)
上的通孔
(206)
连接，所述管线上设置有高压减压阀
(
孔压
)(13)
，所述高压减压阀
(
孔压
)(13)
与活塞杆
(204)
之间的管线上连接有四通阀
(14)。5.
根据权利要求3所述的一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，其特征在于：所述化学增渗装置包括电动试压泵
(16)
，所述四通阀
(14)
分别通过管线与所述电动试压泵
(16)
和压力传感器
(
孔压
)(19)
连接
。6.
根据权利要求5所述的一种煤岩三轴应力
‑
化学
‑
渗流耦合增渗实验系统，其特征在于：所述气体流量计
(20)、
所述径向位移传感器
(24)、
压力传感器
(
轴压
)(17)、
压力传感器
(
围压
)(18)、
压力传感器
(
孔压
)(19)
分别与数据采集系统连接，所述数据采集系统包括数据采集仪
(21)
，所述数据采集仪
(21)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹤，王来贵，安文博，刘向峰，赵娜，赵国超，郝国亮，孙思洋，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：