[发明专利]一种超高压水射流冲击受载含瓦斯煤体卸荷松弛模拟系统及方法

说明书

发明提供一种超高压水射流冲击受载含瓦斯煤体卸荷松弛模拟系统及方法。该模拟系统包括加载装置、脱气装置、注气装置、射流装置、数据采集装置、固定装置、实验腔体、煤体和阀门。试验时，脱气装置对实验腔体内腔抽真空。注气装置对实验腔体内充气，煤体吸附瓦斯。射流发生器产生超高压水射流作用于竖向凹槽处煤体。所述应力采集仪和振动加速度采集仪实时采集三向压力值和振动加速度的变化。该系统的使用方法包括放置煤体、抽真空、充气、加载应力和试验等步骤。该装置可以对超高压水射流冲击含瓦斯受载煤体过程中超高压水射流扰动性能和煤体行为特征进行量化表征，这对于揭示超高压水射流割缝增透机理及技术参数优化具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及含瓦斯煤体增透技术领域，具体涉及一种超高压水射流冲击受载含瓦斯煤体卸荷松弛模拟系统。

背景技术

渗透率低是我国深部煤层的显著特征，也是制约深部煤与瓦斯高效共采的关键因素之一。强化增透技术能够显著提高煤层的渗透性能，改善瓦斯抽采效果，实现深部煤与瓦斯共采和瓦斯灾害的有效防控。通过水射流冲击致裂煤体贯通裂隙形成裂隙网是行之有效的强化增透措施之一。目前水力割缝技术仍然存在有效影响范围较小的问题，而增大割缝钻孔有效影响范围的关键是增大缝槽的长度。为了达到这个目的，提高射流压力是一种直接而有效的途径，即采用超高压水射流(喷嘴出口压力100MPa以上)割缝。国内外学者对超高压水射流的冲击能力及其影响因素进行了较为系统的研究，但针对超高压水射流冲击含瓦斯受载煤体过程中，超高压水射流扰动性能和煤体行为特征的量化表征还没有有效的测试装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高压水射流冲击受载含瓦斯煤体卸荷松弛模拟系统及方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种超高压水射流冲击受载含瓦斯煤体卸荷松弛模拟系统，包括加载装置、脱气装置、注气装置、射流装置、数据采集装置、实验腔体、煤体和阀门。

所述实验腔体包括箱体和上盖。所述箱体整体为一个矩形箱体。所述箱体的底部设置有支撑座和固定部。所述上盖可扣合在箱体的上端敞口处。所述箱体和上盖合围出实验腔体内腔。所述箱体的侧壁上设置有若干供管道或管线穿过的通孔。所述脱气装置、注气装置和阀门通过箱体侧壁上的孔洞与实验腔体内腔连通。

所述射流装置包括超高压水泵、压力控制装置和射流发生器。所述超高压水泵、压力控制装置和射流发生器通过管道依次连接。所述射流发生器布置在实验腔体内腔中。所述射流发生器通过夹持器活动连接在支撑座上。工作时，所述射流发生器可沿俯仰方向旋转。

所述数据采集装置包括气压采集仪、应力采集仪、转接头、三个压力盒、振动加速度采集仪、振动加速度传感器和计算机。所述气压采集仪、应力采集仪和振动加速度采集仪均与计算机连接。所述气压采集仪通过箱体侧壁上的孔洞与实验腔体内腔连通。所述应力采集仪、转接头和三个压力盒通过管线依次连接。所述振动加速度采集仪、转接头和振动加速度传感器通过管线依次连接。

所述煤体整体呈正方体。所述煤体布置在实验腔体内腔中。所述煤体通过固定部与箱体底部固定连接。加载装置对煤体施加三个方向的围压。所述煤体受压的三个表面均开挖有小孔。所述压力盒放入小孔中。所述煤体面向射流发生器的一侧去除掉一个半圆柱体，形成一个竖向凹槽。所述振动加速度传感器布置在竖向凹槽中。

试验时，脱气装置对实验腔体内腔抽真空。注气装置在设定的瓦斯压力下对实验腔体内充气，煤体吸附瓦斯。水经由超高压水泵加压后，通过压力控制装置流向射流发生器。射流发生器产生高压射流作用于竖向凹槽处煤体。所述应力采集仪和振动加速度采集仪实时采集三向压力值和振动加速度的变化。

进一步，模拟系统还包括三通阀。所述三通阀通过箱体侧壁上的通孔与实验腔体内腔气密连接。所述脱气装置包括真空泵。所述真空泵通过管线与三通阀连接。所述注气装置包括气瓶和减压阀。所述气瓶通过管线依次与减压阀和三通阀连接。