液氮致裂钻孔煤实验装置 |
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| 申请号 | CN201710194002.2 | 申请日 | 2017-03-28 | 公开(公告)号 | CN107339090A | 公开(公告)日 | 2017-11-10 |
| 申请人 | 辽宁工程技术大学; | 发明人 | 于永江; 张春会; 李和万; 郝喆; 王来贵; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 煤 矿室内实验装置领域，具体为一种液氮致裂钻孔煤实验装置，作为模拟现场采用液氮注入 煤层 钻孔致裂装置。该装置包括：试件、 框架 、 底板 、上 压板 、上压头、左侧压板、右侧压板、油缸一、 活塞 一、油缸二、活塞二、前压板、后压板、 导管 一、液氮 泵 、导管二、液氮罐等。本发明液氮致裂钻孔煤实验装置可以分别对试件施加0～50MPa围压，同时可以向试件的钻孔内注入液氮，具有围压产生的密封效果与注入液氮的同步性。本发明液氮致裂钻孔煤实验装置内部压板可以调整 角 度，自动适应试件表面的倾角，达到试件各表面受 力 均匀，具有避免 应力 集中的优点，可以研究液氮作用下钻孔煤致裂效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种液氮致裂钻孔煤实验装置，其特征在于，包括：试件、框架、底板、上压板、上压头、左侧压板、右侧压板、油缸一、活塞一、油缸二、活塞二、前压板、后压板、导管一、液氮泵、导管二、液氮罐，具体结构如下： |
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| 说明书全文 | 液氮致裂钻孔煤实验装置技术领域背景技术[0002] 煤矿瓦斯是我国煤矿发生灾害事故的主要根源之一，防治瓦斯灾害最根本的措施就是消除煤层中的瓦斯，即进行瓦斯抽采，煤矿抽放瓦斯是防治煤矿瓦斯灾害过程中的又一次巨大的技术进步，随着开采深度的增加，煤层透气性越来越差。我国95％以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层，透气性系数均小于0.1m2/MPa2·d，绝大部分矿井煤层均属难以抽采煤层。然而对于低透气性煤层来说，预抽原始煤层瓦斯效果很难达到理想状态。因此，如何增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率是当前瓦斯治理工作中急需解决的问题。 [0003] 目前，主要是采用各种技术手段使煤体中产生裂隙和扩展原生裂隙从而形成裂隙网络，以此来增加煤层透气性，从而提高低透气性煤层煤层气的抽采量。多年来学者们提出了交叉钻孔、水力压裂和水力割缝等水力化措施、炸药爆破、液态CO2爆破、地面井强化抽采等瓦斯抽采技术。但是该方法存在不足之处：如交叉钻孔会因钻孔变形而失效，水力压裂不易控制压裂方向，且消耗大量水，松动爆破法会对顶底板造成严重破坏或易诱发煤与瓦斯突出。 发明内容[0004] 本发明的目的在于提供一种液氮致裂钻孔煤实验装置，利用该装置新的低透气性煤层增透方法———液氮致裂增透技术，以此来增加煤层透气性、提高煤层瓦斯抽放性。 [0005] 本发明的技术方案是： [0007] 试件设置于底板上，试件上方设置上压板，上压板中部通过上压头与试件上表面压触；试件的左侧设置左侧压板于底板上，试件的右侧设置右侧压板于底板上，左侧压板、右侧压板的外侧设置框架，框架的左右两侧中部分别设置配套使用的油缸一、活塞一，活塞一的一端与左侧压板或右侧压板相对应；试件的前侧设置前压板于底板上，试件的后侧设置后压板于底板上，前压板、后压板的外侧设置框架，框架的前后两侧中部分别设置配套使用的油缸二、活塞二，活塞二的一端与前压板或后压板相对应；导管一的一端穿过上压头伸至试件中，导管一的另一端设置液氮泵，液氮泵通过导管二与液氮罐连接。 [0008] 所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，上下相对设置的上压板、底板之间通过配套使用的螺杆、螺母连接。 [0011] 所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，油缸一与液压泵连通产生的压力驱动活塞一向前运动，活塞一推动左侧压板或右侧压板向试件的左右两侧运动，对试件施加压力而引起围压效果。 [0012] 所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，四通阀二分别通过管路与油缸二、液压泵连通，四通阀二上安装压力表二。 [0013] 所述的液氮致裂钻孔煤实验装置，油缸二与液压泵连通产生的压力驱动活塞二向前运动，活塞二推动前压板或后压板向试件的前后两侧运动，对试件施加压力而引起围压效果。 [0014] 本发明的优点及有益效果是： [0015] 1、本发明液氮致裂钻孔煤实验装置可以分别对试件施加0～50MPa围压，同时可以向试件的钻孔内注入液氮，具有围压产生的密封效果与注入液氮的同步性。 [0017] 图1-图2为本发明的结构示意图。其中，图1为主视图；图2为俯视图。 [0018] 图中，1、试件；2、框架；3、底板；4、上压板；5、上压头；6、左侧压板；7、右侧压板；8、油缸一；9、活塞一；10、螺杆；11、螺母；12、密封圈；13、油缸二；14、活塞二；15、前压板；16、后压板；17、导管一；18、液氮泵；19、导管二；20、液氮罐；21、四通阀一；22、压力表一；23、四通阀二；24、压力表二；25、液压泵。 具体实施方式[0019] 如图1-图2所示，本发明液氮致裂钻孔煤实验装置，主要包括：试件1、框架2、底板3、上压板4、上压头5、左侧压板6、右侧压板7、油缸一8、活塞一9、螺杆10、螺母11、密封圈12、油缸二13、活塞二14、前压板15、后压板16、导管一17、液氮泵18、导管二19、液氮罐20、四通阀一21、压力表一22、四通阀二23、压力表二24、液压泵25等，具体结构如下： [0020] 试件1设置于底板3上，试件1上方设置上压板4，上下相对设置的上压板4、底板3之间通过配套使用的螺杆10、螺母11连接，上压板4中部通过上压头5与试件1上表面压触，上压头5与试件1的接触面上设置密封圈12。 [0021] 试件1的左侧设置左侧压板6于底板3上，试件1的右侧设置右侧压板7于底板3上，左侧压板6、右侧压板7的外侧设置框架2，框架2的左右两侧中部分别设置配套使用的油缸一8、活塞一9，活塞一9的一端与左侧压板6或右侧压板7相对应。四通阀一21分别通过管路与油缸一8、液压泵25连通，四通阀一21上安装压力表一22。 [0022] 油缸一8与液压泵25连通产生的压力可以驱动活塞一9向前运动，活塞一9推动压板(左侧压板6或右侧压板7)向试件1的侧面运动，对试件1施加压力而引起围压效果。施加的压力由压力表一22可以监测，通过液压泵25控制压力的大小。 [0023] 试件1的前侧设置前压板15于底板3上，试件1的后侧设置后压板16于底板3上，前压板15、后压板16的外侧设置框架2，框架2的前后两侧中部分别设置配套使用的油缸二13、活塞二14，活塞二14的一端与前压板15或后压板16相对应。四通阀二23分别通过管路与油缸二13、液压泵25连通，四通阀二23上安装压力表二24。 [0024] 油缸二13与液压泵25连通产生的压力可以驱动活塞二14向前运动，活塞二14推动压板(前压板15或后压板16)向试件1的侧面运动，对试件1施加压力而引起围压效果。施加的压力由压力表二24可以监测，通过液压泵25控制压力的大小。 [0025] 导管一17的一端穿过上压头5伸至试件1中，导管一17的另一端设置液氮泵18，液氮泵18通过导管二19与液氮罐20连接。 [0026] 如图1所示，本发明液氮致裂钻孔煤实验装置的工作原理和工作过程如下： [0027] (1)将试件1放入液氮致裂钻孔煤实验装置的内腔中，使左侧压板6、右侧压板7、前压板15、后压板16与试件1表面保持接触且平行。 [0028] (2)盖上上压板4，利用密封圈12对上压板4的钻孔与试件1钻孔进行密封，确保注入液氮过程中，液氮全部流入钻孔。通过螺杆10与螺母11对上压板4进行固定，并对试件1起到一定的约束作用。 [0029] (3)通过油缸一8与液压泵25连通产生的压力可以驱动活塞一9向前运动，活塞一9推动压板(左侧压板6或右侧压板7)向试件1的左右两侧运动，对试件1施加压力。施加的压力由压力表一22可以监测，通过液压泵25控制压力的大小。油缸二13与液压泵25连通产生的压力可以驱动活塞二14向前运动，活塞二14推动压板(前压板15或后压板16)向试件1的前后两侧运动，对试件施加压力。施加的压力由压力表二24可以监测，通过液压泵25控制压力的大小。 [0030] (4)将液氮罐20、液氮泵18利用导管二19连接起来，向试件的钻孔中注入液氮。 [0031] (5)通过向试件1的钻孔中注入液氮，对试件1持续施加压力，从而模拟液氮致裂钻孔煤实验。 |
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