本發(fā)明屬于礦山工程技術領域，尤其涉及一種模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)。

背景技術：
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在應用保護層開采技術防治煤與瓦斯突出災害的煤層開采過程中，由于煤層的采掘造成煤巖體應力狀態(tài)發(fā)生變化，并產(chǎn)生大量裂隙，在裂隙帶內(nèi)煤巖體的滲透特性產(chǎn)生顯著變化，影響著瓦斯的流動和聚集特征，為避免瓦斯災害事故的發(fā)生需要對礦井瓦斯進行抽采，并研究被保護層的滲透特性演化規(guī)律。在現(xiàn)有實驗設備中，多針對煤巖試件進行變壓滲透特性測試研究，測試過程中會存在試件尺寸小、邊界效應大等問題，很難在密封條件下的相似材料模擬實驗臺上，實現(xiàn)對卸壓煤巖體的滲流特性演化規(guī)律進行動態(tài)測試。

技術實現(xiàn)要素：
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針對現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提供一種密封性好、適于在實驗室內(nèi)研究煤巖體在保護層開采條件下裂隙發(fā)育特征、體積應變及瓦斯?jié)B流規(guī)律的測試系統(tǒng)。

本發(fā)明采用如下技術方案：提供一種模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)，包括煤巖體密封箱體、軸壓加載裝置、圍壓加載裝置、氣體加載裝置、電子氣體流量計和應變應力測量系統(tǒng)，所述煤巖體密封箱體包括框架和底座，所述框架固定在底座上，框架的前端面和后端面各安裝帶有小孔的有機玻璃板，其余各面由鋼板密封而成；所述煤巖體密封箱體的頂壁內(nèi)側(cè)安裝有多個油壓缸與一上壓板連接，所述油壓缸通過高壓鋼管與所述軸壓加載裝置連接，所述煤巖體密封箱體的左側(cè)壁內(nèi)側(cè)安裝有多個油壓缸與一側(cè)壓板連接，所述油壓缸通過高壓鋼管與所述圍壓加載裝置連接，所述上壓板、所述側(cè)壓板和所述密封箱體的內(nèi)表面形成一密封空間，所述空間內(nèi)鋪設有保護層和被保護層，所述保護層內(nèi)包括模擬回采層，所述氣體加載裝置通過高壓鋼管與所述煤巖體密封箱體的進氣口連接，所述進氣口包括位于框架后端面的有機玻璃板上的多個小孔和位于所述煤巖體密封箱體右側(cè)壁上的右進氣口，所述右進氣口通過瓦斯透氣板與所述被保護層接觸以實現(xiàn)面充氣，所述電子氣體流量計與位于框架前端面的有機玻璃板上的多個小孔連接；所述應變應力測量系統(tǒng)包括XJTUDP三維光學攝影測量儀、小型壓力盒以及計算機，在所述被保護層中選定測試點，所述小型壓力盒安裝在所述煤巖體密封箱體內(nèi)，其通過數(shù)據(jù)導線和計算機連接。

所述軸壓加載裝置包括油壓罐、與所述油壓罐連接的手動式壓泵和設于所述手動式壓泵上的壓力表。

所述圍壓加載裝置包括油壓罐、與所述油壓罐連接的手動式壓泵和設于所述手動式壓泵上的壓力表。

所述氣體加載裝置包括高壓瓦斯瓶和設于其上的減壓閥。

框架前端面和后端面的有機玻璃板上的小孔對稱設置，均排列為4排，每排為8個。

所述模擬回采層包括加熱片層和石蠟層，所述石蠟層由等尺寸石蠟板鋪設而成，所述加熱片層位于所述石蠟層下面用于加熱融化所述石蠟板，在所述加熱片層上下表面分別鋪設有絕緣紙。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：所述上壓板、所述側(cè)壓板和所述密封箱體的內(nèi)表面形成一空間，其具有很好的密封性，所述空間內(nèi)鋪設有保護層和被保護層，所述保護層內(nèi)包含模擬回采層，所述模擬回采層由石蠟、加熱片和絕緣紙構(gòu)成，用于模擬保護層的開采；所述煤巖體密封箱體右側(cè)壁上的右進氣口通過瓦斯透氣板與所述被保護層接觸以實現(xiàn)“面充氣”；所述煤巖體密封箱體前后兩側(cè)采用有機玻璃板，實現(xiàn)了模型的可視化；所述模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)能夠在密封狀態(tài)下模擬工作面的回采，得到煤巖體在不同應力狀態(tài)下裂隙發(fā)育特征、體積應變及瓦斯?jié)B透率演化規(guī)律，克服了傳統(tǒng)滲透性測試裝置煤巖體試件尺寸小、邊界效應大等缺點，實現(xiàn)了保護層開采條件下卸壓煤巖體的滲透特性測試，為保護層開采卸壓效果分析、卸壓瓦斯抽采方案設計等提供基礎。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實施例提供的模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)中煤巖體密封箱體的立體圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)中氣體加載裝置、電子氣體流量計與煤巖體密封箱體的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)中煤巖體密封箱體的前、后端面上有機玻璃板防變形加固措施的結(jié)構(gòu)示意圖；

本實施例中：1-被保護層，2-保護層，3-油壓缸，4-上壓板，5-側(cè)壓板，6-框架，7-模擬回采層，9-電子氣體流量計，10高壓鋼管，11-手動式壓泵，12-油壓罐，13-減壓閥，14-高壓瓦斯瓶，15-右進氣口，16-有機玻璃板，17-巖層，18-小型壓力盒，19-小孔，20-槽鋼，21-瓦斯透氣板，22-底座，30-煤巖體密封箱體。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1、圖2和圖3所示，本發(fā)明提供的一種模擬保護層開采卸壓煤巖體的滲透特性測試系統(tǒng)，包括煤巖體密封箱體30、軸壓加載裝置、圍壓加載裝置、氣體加載裝置、電子氣體流量計9和應變應力測量系統(tǒng)。所述煤巖體密封箱體30包括框架6和底座22，所述框架6內(nèi)腔的尺寸為1700mm×1300mm×200mm，所述框架6固定在底座22上，所述框架6的前端面和后端面安裝帶有小孔19的有機玻璃板16，其余各面由鋼板密封而成，所述煤巖體密封箱體30的頂壁內(nèi)側(cè)安裝有四個油壓缸3與一上壓板4連接，所述油壓缸3通過直徑為3mm的高壓鋼管10與所述軸壓加載裝置連接，所述煤巖體密封箱體30的左側(cè)壁內(nèi)側(cè)安裝有三個油壓缸3與一側(cè)壓板5連接，所述油壓缸3也通過直徑為3mm的高壓鋼管10與所述圍壓加載裝置連接，通過所述油壓缸3可以對煤巖體均勻施加軸壓和圍壓，模擬不同保護層開采條件的應力環(huán)境。

所述上壓板4、所述側(cè)壓板5和所述密封箱體30的內(nèi)表面形成一密封空間，所述空間內(nèi)鋪設有被保護層1和保護層2，為了能夠真實的模擬瓦斯在煤層中的運移特征，所述氣體加載裝置通過高壓鋼管10與所述煤巖體密封箱體30的進氣口連接，所述氣體加載裝置包括高壓瓦斯瓶14和設于其上的減壓閥13，所述進氣口包括位于框架6后端面的有機玻璃板16上的多個小孔19和位于所述煤巖體密封箱體30右側(cè)壁上的右進氣口15，所述右進氣口15通過瓦斯透氣板21與所述被保護層1連通，保證被保護層1的右端實現(xiàn)“面沖氣”；所述軸壓加載裝置和所述圍壓加載裝置均包括油壓罐12和與所述油壓罐12連接的手動式壓泵11，所述手動式壓泵11上設有壓力表，便于觀看并手動調(diào)節(jié)壓力；所述應變應力測量系統(tǒng)包括XJTUDP三維光學攝影測量儀、小型壓力盒18與計算機，在所述被保護層1中選定測試點，所述小型壓力盒18安裝在所述煤巖體密封箱體30內(nèi)，其通過數(shù)據(jù)導線和計算機連接。

位于框架6前端面和后端面的所述有機玻璃板16上對稱布置4排每排8個共計32個直徑為10mm的小孔19作為控制模擬回采層7、測量被保護層1的透氣性以及各種應變、應力測量傳感器的引線通道，采用有機玻璃板16也便于實現(xiàn)保護層開采過程中卸壓煤巖體裂隙發(fā)育及膨脹變形的可視化研究。所述電子氣體流量計9與位于框架6前端面的有機玻璃板16上相應位置處的小孔19連接，來測量被保護層1在保護層開采條件下的滲透率，此處的相應位置處是表示與位于框架6后端面的有機玻璃板16上作為進氣口的小孔19對應的位置。所述保護層2中包含模擬回采層7，所述模擬回采層7包括加熱片層和石蠟層，所述石蠟層由等尺寸石蠟板鋪設而成，所述加熱片層位于所述石蠟層下面用于加熱融化所述石蠟板，在所述加熱片層上下表面分別鋪設有絕緣紙以達到絕緣保護效果，利用石蠟易融化的特性來代替工作面向前推進，當石蠟板融化變?yōu)橐后w，液化的石蠟從前、后所述有機玻璃板16的小孔19流出，起到保護層開采的作用。

在煤巖體模型裝填過程中，為了防止煤巖體模型搗實過程中造成框架6前端面和后端面上的有機玻璃板16膨脹變形，如圖4所示，在安裝有機玻璃板16后外側(cè)加固三根槽鋼20，所述煤巖體密封箱體30前側(cè)在裝填過程中用寬度為10cm的鋼板逐層自下而上鋪設，待煤巖體模型鋪設完畢后將具有一定強度模型的前側(cè)槽鋼逐一卸除，等煤巖體模型全部晾干后，在煤巖體模型前側(cè)粘貼位移測點，然后用有機玻璃板16進行密封，其中封閉過程中在有機玻璃板16與框架6之間產(chǎn)生的縫隙用玻璃膠進行完全封閉。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權利要求所限定的范圍。