[发明专利]含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统与方法

权利要求书

1.一种含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统，其特征在于，包括模型反力及密封系统、应力加载系统、流体注入系统和数控系统，

所述的模型反力及密封系统用于放置煤岩试件，用于为应力加载系统提供反力；

所述的应力加载系统用于给煤岩试件施加轴向压力；

所述的流体注入系统用于对煤岩试件注入进行增透及驱替处理的流体；

所述的数控系统用于对煤岩试件内部物理力学参数进行监测；

所述模型反力及密封系统包括主体反力密封装置、底部支撑装置，其整体呈现四足方鼎字形；

所述主体反力密封装置包括反力箱体、箱盖、伸缩油缸；

所述反力箱体呈“凹”形，底部及各侧面预留有气体注入通道、水体注入通道以及传感器引线通道；所述的箱盖安装在反力箱体的顶部，两者之间密封连接，所述的伸缩油缸内嵌式安装在反力箱体外侧，用于抬升顶部箱盖；压头安装在所述的反力箱体内，用于对试件施加轴压；所述底部支撑装置安装在反力箱体底部，用于支撑主体反力密封装置。

2.如权利要求1所述的一种含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统，其特征在于，所述箱盖预留开孔，通过竖向拉杆和螺母固定在反力箱体上，箱体底面设两道密封凹槽，利用密封圈进行密封。

3.如权利要求1所述的一种含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统，其特征在于，所述应力加载系统包括液压油缸和液压加载控制系统；所述液压油缸安装在箱盖上，油缸活塞穿过箱盖上的预留孔，活塞底部与压头配合，用于对试样施加轴压。

4.如权利要求1所述的一种含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统，其特征在于，所述流体注入系统包括气体充填装置和水力致裂装置；

所述气体充填装置包括面式充填板和气体控制装置；所述面式充填板安装在反力箱体内底部，用于向试样内注入气体，且所述的面式充填板通过气体注入通道与气体控制装置相连；所述水力致裂装置包括恒速恒压泵、蒸汽发生器、液体增压器、活塞容器、调压阀；所述蒸汽发生器用于水体汽化；所述液体增压器用于水体增压，高压水经水体注入通道注入试件内部。

5.如权利要求1所述的一种含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统，其特征在于，所述数控系统包括数据采集装置和数据处理装置；

所述数据采集装置包括光纤监测系统、声发射装置和气相色谱仪；

所述光纤监测系统用于监测试件内部各物理力学参数，其各个传感器被埋设在试样内部，分层布置；各个传感器与数据处理装置相连；所述声发射装置安装在反力箱体内部腔体表面；所述气相色谱仪通过气体注入通道监测试件内部气体成分及浓度。

6.如权利要求5所述的一种含瓦斯煤增透、驱替及多相渗流物理模拟试验系统，其特征在于，所述数据处理装置包括一个控制器，以及设置在控制器内的控制处理软件，控制处理软件包括数据采集装置配套软件和各子系统自动化控制软件；

所述数据采集装置配套软件用于试验数据的处理；所述子系统自动化控制软件用于控制应力加载系统、流体注入系统。

7.利用权利要求1-6任一所述的试验系统进行深部吸附瓦斯煤体增透试验的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

1)将煤岩材料放入反力箱体内，分层压制试件；压制过程中埋入光纤传感器，导线由传感器引线通道引出；根据试验目的，埋入爆破管，导线由传感器引线通道引出与数据处理装置相连；

2)装置组装，对反力箱体内部抽真空；

3)面式充填板通过气体注入通道连接气体充填装置，向试件内部注入一定压力和浓度的瓦斯气体；

4)对试件进行轴向加载，液压油缸加载活塞穿过顶部箱盖与压头连接；

5)进行爆破致裂时，设定参数后爆破管起爆；进行水压致裂时，设定参数后由流体注入通道向试件内部注入高压水体；

6)观察记录煤岩试件在不同致裂方式下应力、渗透率的变化规律以及瓦斯压力变化规律。