[发明专利]一种上保护层开采固气耦合相似模拟实验装置及实验方法

摘要

本发明公开了一种上保护层开采固气耦合相似模拟实验装置及实验方法，包括实验箱体和渗透率测试系统，实验箱体密封设置，实验箱体上的有机玻璃板和钢板上开设有对应的进气孔和测试孔，实验箱体的应力传感器依次连接数据采集仪和计算机，渗透率测试系统均由空气压缩机、储气罐、高压橡胶管、分路器、截止阀、压力表和电子流量计组成，充气系统连接在实验箱体的充气孔上，渗透率测试系统连接在实验箱体的测试孔上。实验方法包括1)、模型的铺设；2)、气密性测试；3)、进行实验记录数据。本发明可测定下伏煤岩体在开采时应力、变形和渗透率的变化规律及分布特征，操作过程简便，效果清楚直观，试验周期短，为研究保护层开采提供便利。

主权项

一种上保护层开采固气耦合相似模拟的实验方法，该上保护层开采固气耦合相似模拟的实验装置，包括实验箱体和渗透率测试系统，其特征在于，所述实验箱体为密封的实验箱体；所述实验箱体包括框架和底座，所述框架固定在底座上，所述框架的前端安装有机玻璃板，框架的后端由带测试孔的钢板、衔接板和普通钢板密封而成，框架的顶端安装有钢板，所述底座的下端安装有滚轮，所述有机玻璃板的下部开设有15个进气孔，框架后端带测试孔的钢板上开设有15个与进气孔对应的测试孔，实验箱体底部铺有应力传感器；应力传感器通过数据导线依次连接有数据采集仪和计算机；所述渗透率测试系统由空气压缩机、储气罐、高压橡胶管、分路器、压力表和电子流量计组成，压力表和电子流量计安装在分路器和实验箱体的测试孔之间，分路器和实验箱体之间的高压橡胶管上还安装有截止阀，空气压缩机和储气罐之间的高压橡胶管上安装有气泵阀；利用该上保护层开采固气耦合相似模拟实验装置的实验方法，包括如下步骤：1)、模型的铺设以某矿为原型，用自发研制的新材料按一定的配比，在实验箱体内铺设物理相似模拟模型；2)、气密性测试在实验箱体内铺设模拟模型后，对实验箱体充气进行气密性测试；3)、进行实验记录数据测试完成后，无漏气情况，由空气压缩机向实验箱体内充气，在实验时要不断调节空气压缩机的气泵阀，保证储气罐内的气体压力恒定，使充入模型的气体压力保持不变，分5个等级，0.1—0.5MPa；在煤层开采过程中，煤岩体的渗透率是一个动态变化过程，在煤层开采前，对原始状态下的岩层进行渗流速度测定，作为初始值，当煤层每开采一段距离后，都要对采动影响范围内的测试孔进行测量，以观察不同开采距离时渗流速度的变化情况，从而得到采动影响下伏煤岩体渗透率的变化规律，卸压分布特征；其中所述步骤1)模型的铺设，其具体步骤如下：①按照实验对煤层采高和间距的不同要求，装好模型架，使所有煤层基本在一个水平高度；②以平顶山XX矿为原型，按已计算好的模型中各分层所需材料量，分别称出相应配料的质量，并将各种配料倒入搅拌装置内搅拌均匀，将所需的水倒入搅拌装置中，混合搅匀；③将搅拌好的材料倒入模型架，用刮板摊平，用铁块将装好的材料夯实；④为保证初始条件相似，在刚铺好的每一分层岩层中，用壁刀在其表面约隔3～5cm划上岩石自然裂隙，再均匀撒上一层云母粉模拟岩层层面，随后抹子将层面压平，再铺设下一分层；⑤依次将其它岩层重复按步骤②～④进行铺设，直到所有岩层都铺设完成；⑥在铺设过程中，将岩层下沉量测点放置在设计的层位；⑦对于模型上未能模拟的岩层厚度，采用加配重的方式实现。