[发明专利]破碎煤岩体渗透性测试试验装置及方法

权利要求书

1.一种破碎煤岩体渗透性测试试验装置，其特征在于：包括水位控制系统、渗流试验系统装置和破碎煤岩体装填饱水及压实系统，所述的渗流试验系统装置通过水位控制系统供水，所述的破碎煤岩体装填饱水及压实系统包括有机玻璃缸筒（18）、推头（11）、推板（16）和多孔孔隙板（17），有机玻璃缸筒（18）一侧开孔分别连接有Ⅰ、Ⅱ两个带阀门的测压管以及一个试样饱和进水管（24）；有机玻璃缸筒（18）上方设有台阶型压盖（14），有机玻璃缸筒（18）和台阶型压盖（14）之间有橡胶密封圈（15）；台阶型压盖（14）中间为中空并设置推头（11）通过，推头（11）上部固定且设置有位移传感器（12），推头（11）下部与推板（16）连接，推头（11）与压盖（14）之间密封；有机玻璃缸筒（18）内设置推板（16）和多孔孔隙板（17），推板（16）下部及有机玻璃缸筒（18）底部上方设置多孔孔隙板（17），所述的渗流试验系统装置包括与水位控制系统连接的进水管（7）以及设置在有机玻璃缸筒（18）底部的常水头出水管（23），进水管（7）一端与推头（11）及推板（16）中间连通，试样饱和进水管（24）通过进水管（7）与水位控制系统连接；

所述的水位控制系统包括进水部分和排水部分，进水部分包括储水池（2）、抽水管（4）、水头量水器（6）及进水管（7），抽水管（4）一端连接水头量水器（6），抽水管（4）另一端连接抽水泵（1），抽水泵（1）置于储水池（2）底部，水头量水器（6）下方设置出水孔与进水管（7）相连，水头量水器（6）底部设置出水孔与水位调节软管（3）连通，水位调节软管（3）挂在进水水头控制游码（5）上；排水部分包括常水头出水管（23）和变水头出水管（26），常水头出水管（23）穿过有机玻璃缸筒（18）底部外接出水流量表（22）和常水头出水管阀门（21），常水头出水管（23）与出水软胶管（27）可拆卸连接，出水软胶管（27）经出水水头控制游码调节出水水头，排水至量杯（20）中；变水头出水管（26）位于推头（11）三通一侧，与进水管（7）三通连接，与出水软胶管（27）可拆卸连接，变水头出水管（26）上设置变水头出水管阀门（25）。

2.根据权利要求1所述的破碎煤岩体渗透性测试试验装置，其特征在于：所述的推板（16）与其下部的多孔孔隙板（17）之间设有防止破碎体随渗流溢流的纱布，有机玻璃缸筒（18）与其上部的多孔孔隙板（17）之间设有防止破碎体随渗流溢流的纱布。

3.一种如权利要求2所述的破碎煤岩体渗透性测试试验装置的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

1）破碎煤岩体压实并通水饱和；

2）待试样装填饱和完毕，打开常水头出水管阀门，控制压力机进行压实位移传感器运动5mm停止并保持压力机压力不变，打开渗水试验进水管阀门，观察Ⅰ、Ⅱ测压管的水头是否齐平，如有气泡则将其挤出或吸出；

3）调节出水水头控制游码位于有机玻璃缸筒底部位置，将渗水试验出水管阀门打开，将管中空气排出，至水流中无气泡，最后将出水水头控制游码调节到进水水头位置，以保持水头恒定，再检查测压管水头是否齐平，并均达到进、出水控制水头位置，进行实验装置密闭性检查；

4）通过调节进水水头控制游码，使水头量水器中渗水实验进水定水头保持在H₁，基于装填试样的底面Ⅲ为零基准面，降低出水水头控制游码至H₂，使仪器中产生水头差，水流在试样中发生渗流过程，经出水管流出至量杯中；

5）当测压管水头稳定后，测定测压管水头，并计算Ⅰ、Ⅱ测压管的水头差；

6）秒表计时，量杯中接取出水管经时间t内渗流出的水量Q，通过调节进、出水水头值，以改变水力坡度，进行5个时间段内的渗流并记录进出水管流量表数值、进水水头值、出水水头值、时间试验数据，

7）最终将单独计算每次渗流过程测得的渗透系数值的算术平均值作为某一压实程度或应力条件下的破碎煤岩体的渗透系数值；

8）根据试验目的，重复试样筛选制备过程，及利用压力机进行压实至位移传感器显示破碎煤岩体轴向压缩位移为10、15、20mm后，在不同的压实位移条件下，按以上1）—7）步骤进行试验。

4.根据权利要求3所述的破碎煤岩体渗透性测试试验装置的试验方法，其特征在于：所述的步骤1）中具体破碎煤岩体压实包括以下步骤，

①把破碎煤体、泥岩和砂岩分别用2目、5目、40目和400目的不同粒径方孔筛筛分成8~4mm、4~0.4mm、0.4~0.04mm三种粒径范围的破碎煤岩体；

②打开压盖，首先将实验系统中进水管阀门和出水管阀门均置于关闭状态，将Ⅰ、Ⅱ测压管阀门置于开启状态；

③将筛选出的不同块度破碎体分层装入缸筒底部的多孔孔隙板上，每层厚3—5cm左右，缓缓开启试样饱和进水管阀门，使水由缸筒底部向上渗入，水流需缓慢，以使水面不超过试样面为准，至使试样逐渐饱和；

④依次再装下一层，并使试样饱和直至到标定高度300mm为止，最后关闭压盖，拧紧螺丝实现缸体密封，试样装填饱和完毕，关闭试样饱和进水管阀门；

⑤控制压力机进行压实过程，记录位移传感器在压缩位移分别为5mm、10mm、15mm、20mm时，保持压力不变状态，进行渗流实验。