[发明专利]一种废弃矿井采空区气液两相逆流可视化模拟试验系统

说明书

本发明提供一种废弃矿井采空区气液两相逆流可视化模拟试验系统，属于废弃矿井采空区模拟试验系统的技术领域，包括用于模拟废弃矿井采空区裂隙网络的模拟装置、瓦斯供气系统和水压自控系统；模拟装置包括透明的观察箱和设置在观察箱内的岩层材料；瓦斯供气系统包括供气管以及为供气管提供瓦斯的瓦斯瓶；水压自控系统包括稳压罐、压力传感器、调压气瓶、供水箱、试压水泵、供水管和电子控制器。该系统可用于对废弃矿井采空区裂隙网络气液两相逆流进行模拟，并对其实现逆流可视化的试验，以揭示闭坑矿井在长期废弃过程中积水演化和瓦斯富集情况。

技术领域

本发明涉及废弃矿井采空区模拟试验系统的技术领域，特别是涉及一种废弃矿井采空区气液两相逆流可视化模拟试验系统。

背景技术

随着我国煤炭资源开采强度的不断增加，将会有越来越多的矿井被开采完成为废弃矿井，预计2020年我国废弃矿井数量将达到1.2万个，到2030年将达到1.5万个，其中废弃矿井采空区中蕴含有丰富的资源，初步估计其中赋存的煤炭资源高达420亿吨，煤层气资源近5000亿m³，我国废弃矿井数量多、资源量丰富、开发潜力巨大，开发利用好这部分煤层气资源，不仅能够弥补我国在天然气资源上的不足，优化能源结构，还能够消除瓦斯从地面逸出对大气环境的污染，可以看出对废弃矿井内瓦斯的利用具有可观的经济效益和环保效益。

但是废弃矿井采空区内的环境十分复杂，煤炭开采后采空区上方覆岩垮落形成“三带”（垮落带、裂隙带和弯曲下沉带），同时由于煤炭采出率相对较低采空区内遗留大量残煤，这些残留的煤块不断向外解吸释放瓦斯，释放出来的瓦斯不断向冒落带和裂隙带浮动，同时采空区内普遍存在积水，积水的来源主要是上部含水层通过裂隙带向采空区不断渗透，瓦斯-水-岩石构成了废弃矿井采空区内固-液-气三相共存的复杂环境，复杂的环境对废弃矿井内瓦斯和水的运移产生影响。目前我国主要通过地面打钻井的方式抽采废弃矿井内的瓦斯，其中首要的问题是要搞清楚废弃矿井内瓦斯和水的赋存情况，特别是要搞清楚高瓦斯含积水矿井在闭坑后长期过程中积水演化和瓦斯富集情况。

但是，由于地质构造的复杂性和采矿条件的多样性，闭坑后长期时间内废弃矿井瓦斯与水的运移赋存情况变得更加复杂，采空区内遗留的煤体为瓦斯的主要来源，水源主要存在于采空区上方的含水层内，采空区形成的裂隙网络为瓦斯和水的渗流通道，瓦斯的上浮运移和水的向下渗透形成了采空区气液两相逆流，它们的运移决定了采空区内的积水演化和瓦斯富集情况。针对废弃矿井采空区内瓦斯与水气液两相逆流这一问题，目前存在的单一裂隙模拟装置和传统的相似模拟系统已经不符合实际的工程背景，不能满足采空区裂隙网络和气液逆流的试验要求，所以急需设计一种废弃矿井采空区裂隙气液逆流模拟试验系统，在试验室开展废弃矿井采空区气液两相逆流可视化模拟试验研究。

发明内容

本发明提供一种废弃矿井采空区气液两相逆流可视化模拟试验系统，用于对废弃矿井采空区裂隙网络气液两相逆流进行模拟，并对其实现逆流可视化的试验，以揭示闭坑矿井在长期废弃过程中积水演化和瓦斯富集情况。