[发明专利]冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统和方法

权利要求书

1.一种冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其特征在于，包括煤样固定装置、冲击载荷加载装置和与煤样固定装置相连接的高压气源装置、轴压加载装置、围压加载装置、抽真空装置以及计量和数据采集装置；所述冲击载荷加载装置为分离式霍普金森压杆装置；所述高压气源装置由顺次连接的高压瓦斯罐、减压阀、第一阀门、第一气压表和三通阀组成，三通阀的另外两端通过管路分别连接抽真空装置和煤样固定装置的气体入口；所述轴压加载装置由顺次连接的轴压油泵、第一压力调节阀、第二阀门和第一液压表组成，所述第一液压表通过管路与煤样固定装置的轴压注油口相连接；所述围压加载装置由顺次连接的围压油泵、第二压力调节阀、第三阀门和第二液压表组成，所述第二液压表通过管路与煤样固定装置的围压注油口相连接；所述计量和数据采集装置由顺次连接的数据采集系统、气体体积流量计、第四阀门和第二气压表组成，所述第二气压表与煤样固定装置的气体出口相连接。

2.如权利要求1所述的冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其特征在于，所述煤样固定装置由煤样室和固定于煤样室上方的轴压缸体组成；所述轴压缸体内设有带压力传感器的轴向加载杆，轴向加载杆的一端伸出轴压缸体外且与分离式霍普金森压杆装置处于同一水平面，另一端伸入煤样室内，轴向加载杆的中部设有与轴向加载杆相垂直的密封板，密封板的两端通过密封圈与轴压缸体的内壁密封连接；所述轴压缸体上方设有位移传感器，轴压缸体的侧壁设有两个轴压注油口，两个轴压注油口分别位于密封板的上、下方，轴压缸体的侧壁还开设有气体入口；所述煤样室包括位于煤样室底部的可拆卸承压挡板和位于煤样室内部设有中空煤样型腔的密封胶套，密封胶套外侧壁开设有凹槽且该凹槽与煤样室内侧壁形成环形围压油腔，煤样置于密封胶套的中空煤样型腔内且与环形围压油腔相隔离，密封胶套的下方设置密封垫；煤样型腔的顶部设有第一多孔板，煤样型腔的底部设有第二多孔板，轴压缸体的气体入口通过轴向加载杆内部的气体管路与煤样型腔顶部的第一多孔板相连通，伸入煤样室的轴向加载杆的端部与第一多孔板压接；煤样室侧壁设有围压注油口和气体出口，煤样室的气体出口通过承压挡板内部的气体管路与煤样型腔底部的第二多孔板相连通。

3.如权利要求1所述的冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其特征在于，所述抽真空装置由顺次连接的真空泵和第五阀门组成。

4.使用权利要求1所述系统进行冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）连接好实验系统，并检测实验系统的气密性；

2）实验准备：将煤样放入干燥箱中恒温干燥处理，取出、冷却后备用；

3）固定煤样：将准备好的煤样装入煤样固定装置；

4）真空脱气：在保证系统连接正确、气密性良好的情况下，打开抽真空装置对煤样进行真空脱气处理；

5）提供三维应力环境：真空脱气处理完成后，对煤样施加预定的轴压和围压；

6）冲击渗流过程：向煤样中充入预定压力的瓦斯气体，同时开启计量和数据采集装置，稳定后利用分离式霍普金森压杆装置对煤样固定装置施加冲击载荷，同时计量并采集数据；

7）实验数据处理：利用拟压法评估实验过程中含瓦斯煤渗流渗透率大小，公式具体如下：

                              （1）

式中：K_g为气体渗透率；Q₀为标准状况下的气体体积流量；和分别为平均气体动力黏度和平均压缩因子；L为多孔介质渗流长度；A为多孔介质横截面积；p₀为标准状况下的气体压力；p_i为煤样固定装置的气体入口端压力；p_e为煤样固定装置的气体出口端压力；T为实验环境绝对温度；T₀为标准状况下绝对温度；

8）通过改变实验过程中的围压、轴压、瓦斯压力和冲击载荷的大小、冲击速度可以得出不同实验条件下的含瓦斯煤渗流特性及其规律。