[发明专利]一种高压水及负压加载状态下三轴应力渗流实验装置

说明书

技术领域

本发明属于渗流实验设备领域，尤其涉及一种高压水及负压加载状态下三轴应力渗流实验装置。

背景技术

当前用来研究煤体瓦斯渗透率的设备，大都可以实现对煤体试样进行不同体积应力、不同瓦斯压力、围压加卸载、全应力应变过程、循环载荷、温度影响等渗透性实验。但瓦斯抽采过程中，孔口需施加一定的负压才能实现，现有的设备能够调节出口的压力大小，但是能调至负压的渗透性实验受到极大的限制；另外，水力压裂增透技术研究大都是现场试验或者是基于固流耦合理论的渗透率数值模拟，缺乏实验室研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高压水及负压加载状态下三轴应力渗流实验装置，旨在解决目前相关的三轴渗流实验装置不能够实现出口负压作用下煤体瓦斯渗透特性实验以及进行实验室水力压裂的增透效果考察的问题。

本发明是这样实现的：一种高压水及负压加载状态下三轴应力渗流实验装置主要由三轴应力加载系统、气渗透系统、水力压裂系统、流量测量系统、传感与控制系统五部分组成，具体包括水箱、流量表、计量泵、水压表、阀门、密封胶圈、压力室、围压增压胶圈、试件、油压表、围压控制阀、轴压控制阀、油箱、计算机、减压阀、甲烷气体瓶、气压表、气水分离器、电子气体流量计、阻尼器、真空泵；

水箱与计量泵通过管路连接，连接管路上设置有流量表，计量泵上设置有水压表；计量泵与压力室连通，连接管路上设置有阀门，甲烷气体瓶与压力室连通，连接管路上设置有减压阀和气压表；油箱通过管路与压力室连接，连接管路上设置有阀门、油压表、围压控制阀、轴压控制阀，围压控制阀与计算机连接，轴压控制阀与流量表和水压表连接；压力室底部与真空泵连接，连接管路上设置有阻尼器、电子气体流量计、气压表、气水分离器、阀门，电子气体流量计与计算机连接；压力室上设置有密封胶圈、围压增压胶圈，试件放置在压力室内。

进一步，所述的三轴应力加载系统由压力室筒、底座、活塞杆、密封胶圈和压力室组成，压力室筒安装在底座上，活塞杆与压力室筒之间安装有密封胶圈，计量泵通过穿过活塞杆的管路与压力室连通。

进一步，所述的气渗透系统主要由甲烷气体瓶、减压阀、阀门、气压表、电子气体流量计、阻尼器、真空泵连接组成，甲烷气体瓶通过管路穿过活塞杆与压力室连通，管路上设置有减压阀、阀门、气压表，压力室底部通过管路与真空泵连接，管路上设置有气压表、电子气体流量计、阻尼器。

进一步，所述的水力压裂系统主要由水管、水箱、流量表、水压表、计量泵、阀门、放空管、接往系统进口连接组成，水箱与计量泵连接的管路上安装有流量表，计量泵上安装有水压表，计量泵与接往系统进口的连接管路上设置有放空管和阀门。

进一步，所述的流量测量系统包括通过管路连接的阀门、气水分离器、气压表、电子气体流量计、阻尼器、真空泵，阀门设置在连接管路和气水分离器上，电子气体流量计和气水分离器之间的连接管道上设置有气压表，电子气体流量计和真空泵之间安装有阻尼器。

效果汇总

本发明弥补了常规三轴应力渗流实验仪不能提供负压的不足，同时还兼顾了水力压裂功能，集渗流与水力压裂实验于一体，能够进行高压水及负压载荷下的各种单轴与三轴渗流实验，能够模拟抽采钻孔负压状态下的瓦斯运移及考察水力压裂效果，在实验室能完成对煤体试样负压状态下的渗流规律研究以及试件采取水力压裂措施后的增透效果考察。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高压水及负压加载状态下三轴应力渗流实验装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的三轴应力加载系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的气渗透系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的水力压裂系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的流量测量系统的结构示意图；

图中：1-水箱；2-流量表；3-计量泵；4-水压表；5-阀门；6-密封胶圈；7-压力室；8-围压增压胶圈；9-试件；10-油压表；11-围压控制阀；12-轴压控制阀；13-油箱；14-计算机；15-减压阀；16-甲烷气体瓶；17-气压表18-气水分离器；19-电子气体流量计；20-阻尼器；21-真空泵；22-压力室筒；23-底座；24-活塞杆；25-水管；26-放空管；27-接往系统进口。

具体实施方式