[发明专利]含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流压力室

说明书

技术领域：

本发明属于试验装置领域，尤其是涉及一种用于不同地应力、不同瓦斯压 力、不同温度等状态下的含瓦斯煤渗流试验研究以及含瓦斯煤在渗流过程中的 变形破坏特征研究的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流压力室。

技术背景：

在矿井生产过程中，采掘工程破坏了原岩应力场的平衡和原始瓦斯压力的 平衡，形成了采掘周围岩体的应力重新分布和瓦斯流动。煤层瓦斯(煤层气)渗透 率是反映煤层内瓦斯渗流难易程度的物性参数，也是瓦斯渗流力学与工程的重 要参数，其与煤层裂隙发育特征、地质构造、地应力状态、瓦斯压力、地温、 煤基质的收缩作用、煤层埋深、煤体结构及地电场等密切相关，而煤层渗透率 的大小对瓦斯的储存与排放、瓦斯压力的分布起着重要的作用，煤与瓦斯突出 又与瓦斯的排放和压力的分布有着重要的联系。因此，煤层瓦斯渗透率或煤层 透气系数的测算方法研究是瓦斯渗流力学发展之关键技术，也是煤矿安全工作 者研究煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等一系列矿山安全问题的关键入手点；研究煤 层瓦斯运移的基本规律，对于完善瓦斯流动理论和防治瓦斯灾害有着重要的意 义。

煤储层是一套由天然裂隙和基质孔隙组成的双重结构模型，裂隙系统为煤 层气渗流运移的通道，储层渗透率除受自身裂隙发育特征控制外，地质构造、 地应力状态、瓦斯压力、地温、煤基质的收缩作用、煤层埋深、煤体结构及电 场等都不同程度地影响着煤层渗透率，渗透率的演化是上述诸多因素综合作用 的结果。

在国外，早在20世纪70、80年代就有学者借助相关渗流实验设备取得了 一些研究成果：W.J.Sommerton等研究了应力对煤体渗透性的影响；C.R.McKee 等开展了应力与煤体孔隙度和渗透率之间关系的研究；Harpalani研究得到了应 力对煤解吸渗流的影响规律；J.R.E.Enever和A.Henning研究得到了煤体有效应 力对渗透率的影响规律。此外，大冢一雄、樋口澄志、P.G.塞文斯特、霍多特等 也在这方面做了不同程度的工作。

在国内，早期是在常温常压下测定松散煤粒的扩散系数和小型块煤样(2cm 左右)的渗透率，随后发展为在假三轴或真三轴围限压力作用下测定煤样渗透 率随应力的变化，得到加载和卸载的渗透率拟合方程。20世纪80年代，中国矿 业大学的周世宁和林柏泉较早地利用自制的煤样瓦斯渗透实验装置研究了含瓦 斯煤体在围压力不变的前提下，孔隙压力和渗透率以及孔隙压力和煤样变形间 的关系，同时还研究了在孔隙压力一定的条件下，渗透率和围压力以及煤样变 形间的关系，得出了在围压力不变的前提下，孔隙压力和渗透率以及煤样变形 值间的关系基本上服从指数方程；在孔隙压力不变条件下，加载时，煤体的渗 透率与载荷间的关系可用负指数方程表示，而卸载时，可用幂函数方程表示， 进入90年代，彭担任等又研制了STCY-80型煤与岩石渗透率测定仪，对煤系 地层各种岩性试样的渗透率进行了研究。