[发明专利]一种破碎煤岩体气体渗透试验装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种破碎煤岩体气体渗透试验装置及方法，属于煤岩体渗流领域。

背景技术

煤炭、天然气开采中会遇到许多破碎岩体气体渗流问题，如煤层破碎开发煤层气、采动诱发瓦斯突出、采空区或破碎煤岩中实施瓦斯抽放、采空区注氮灭火、天然气采集和储运等。仅就煤矿瓦斯(又称煤层气)而言，一方面煤炭是我国能源主体，占到一次能源构成的70%左右，但国有煤矿中有44.4%的矿井是高瓦斯和瓦斯突出矿井。另一方面，煤层气是高效的清洁能源和优质化工原料。据测算，我国煤层气资源总量为25-35 万亿立方米，居世界第二位。开发利用煤层气，对实施国民经济可持续发展战略具有十分重要的意义。为更好地治理煤矿瓦斯、高效经济地开发利用煤层气等，对破碎煤岩体气体渗透的分析研究非常必要。

目前国内外对岩石渗透特性的研究主要集中在质地密实的标准岩心试件，对于采矿工程中经常遇到的破碎煤岩体气体渗透性的测试装置相对空白。对于处于采空区中“O”型圈内瓦斯气体富集规律的研究涉及不同温度、不同轴压以及不同气体压差条件下破碎煤岩体的渗流性质的研究。经检索发明专利ZL200820030674.6公布了一种气体渗透性测试试验装置。但其渗透测试装置存在以下几个缺点：（1）当煤层气注热开采过程中温度是一个变化值，该装置显然不能研究温度对破碎煤岩体气体渗流性质的影响；（2）当采矿工程遇到复杂工况时，显然气体压力不仅来自一个方向，该装置不能对多方向气体压力下破碎煤岩体渗流性质进行研究；（3）由于缸筒只提供被动约束，故压缩过程中围压变化情况完全未知，这严重影响了对破碎煤岩介质渗透特性的认识；（4）压盖与缸筒接触不能实现良好气密性，这严重影响了气体渗透参数的准确性；（5）压盖轴向位移采用压力机轴向进程，由于压力机活塞传递力（或位移）给压盖然后压盖在传递给破碎煤岩介质，这之间存在的传递不紧密性也制约了轴向位移的测量精度。

发明内容

本发明旨在提供一种气密性更佳、轴向位移参数精确的破碎煤岩体气体渗透试验装置，同时该装置能实现不同温度以及不同方向气压对破碎煤岩体渗流性质的影响的研究。本发明还提供了破碎煤岩体气体渗透试验方法。

本发明提供了一种破碎煤岩体气体渗透试验装置，包括缸筒，缸筒上方设有压盖，缸筒下方为底座，其特征在于：

所述缸筒外侧设有温控室，温控室由圆筒构成，圆筒下部通过螺栓与底座连接，

所述压盖为阶梯形结构，压盖中心设有通孔，推头从该通孔内穿过，推头下方通过螺纹与推板连接，推头和推板上设有与缸筒内部相通的出气口，推头上方设有位移传感器；缸筒内壁上均匀设有压力传感器，缸筒筒壁上均匀设有气孔，气孔穿过缸筒和温控室筒壁与外部相通，在缸筒中部设有抽真空孔；缸筒底部设有进气口，进气口穿过底座与外部相通；缸筒底部和推板下方分别设有透气板，透气板上设有若干个孔；

温控室顶部设有进水孔，温控室中部设有温度计，底部设有排水口，排水口穿过底座与外部相通；

所述位移传感器、压力传感器连接导线、数据采集装置、计算机处理装置。

上述装置中，所述缸筒上部与压盖之间，温控室圆筒与底座之间通过螺栓连接，且连接处设有O型密封圈；所述推头与压盖之间设有O型密封圈。

上述装置中，所述透气板与推板、缸筒底部之间分别设有纱布。

上述装置中，所述缸筒内的压力传感器沿圆周方向均匀分布四个，且沿缸筒内部上、中、下平行设置三层，共有十二个压力传感器。

上述装置中，所述缸筒内的气孔沿圆周方向均匀分布四个，且沿缸筒上、下平行设置两层，每层各有两个侧壁进气孔和两个侧壁出气孔，共有八个气孔，侧壁进气孔与侧壁出气孔分别呈轴对称分布。

本发明提供了一种破碎煤岩体气体渗透试验方法，采用上述试验装置，其特征在于：包括以下步骤：

（1）、把破碎煤岩体用不同粒径砂石筛分成不同块度的破碎体；

（2）由温控室的进水孔、出水孔持续循环流入水；

（3）、打开压盖，将筛分好的破碎煤岩体倒入缸筒中，使其均匀自然堆积，然后关闭压盖，拧紧螺丝实现缸体密封；

（4）、由抽真空孔对缸筒内煤岩体抽真空；

（5）、由进气口向缸筒内持续注入甲烷，使试样吸附饱和；