本發(fā)明涉及含瓦斯原煤水侵實(shí)驗(yàn)裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著煤礦開(kāi)采深度的不斷增加，深部礦井復(fù)合災(zāi)害(煤與瓦斯突出、沖擊地壓及粉塵災(zāi)害)日益嚴(yán)重。為了提高煤礦防災(zāi)效果，我國(guó)普遍采用煤層注水技術(shù)進(jìn)行煤與瓦斯突出、沖擊地壓及粉塵災(zāi)害的防治。為了評(píng)價(jià)煤層注水防災(zāi)效果，需要確定不同注水工藝(注水壓力、流量)下煤層增透-潤(rùn)濕效果，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地考察含水量分布特征與注水壓力間的關(guān)系，難度較大，精確程度較低。為此，需通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)來(lái)精確測(cè)定含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量的分布特征，因煤體孔隙結(jié)構(gòu)極度復(fù)雜，孔隙體積較小，試驗(yàn)難以精確測(cè)定含瓦斯原煤煤體在高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)含水量分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，解決現(xiàn)有試驗(yàn)難以精確測(cè)定含瓦斯原煤在高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)含水量分布的問(wèn)題。

本發(fā)明提供一種含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，包括充水增壓罐、高壓注水試驗(yàn)罐、注水活塞油缸、注水泵、水池、電液伺服控制動(dòng)力泵、真空泵、甲烷瓶和計(jì)算機(jī)；充水增壓罐的上方開(kāi)設(shè)有第一排氣口，充水增壓罐開(kāi)設(shè)有增壓進(jìn)水口、增壓出水口和微量進(jìn)水口，第一排氣口和增壓進(jìn)水口上設(shè)置有閥門；高壓注水試驗(yàn)罐的上方開(kāi)設(shè)有第二排氣口，高壓注水試驗(yàn)罐開(kāi)設(shè)有注水口和抽注氣口，高壓注水試驗(yàn)罐上設(shè)置有壓力傳感器，第二排氣口、注水口和抽注氣口上設(shè)置有閥門；注水活塞油缸中設(shè)置有活塞，活塞將注水活塞油缸內(nèi)隔成油腔和水腔，油腔處開(kāi)設(shè)有供油口，水腔處開(kāi)設(shè)有出水口，活塞連接有活塞桿，活塞桿上設(shè)置有位移傳感器；充水增壓罐的增壓進(jìn)水口經(jīng)管路連接注水泵，注水泵經(jīng)管路連接水池，充水增壓罐的增壓出水口經(jīng)管路連接高壓注水試驗(yàn)罐的注水口，電液伺服控制動(dòng)力泵經(jīng)管路連接注水活塞油缸的供油口，注水活塞油缸的出水口經(jīng)管路連接充水增壓罐的微量進(jìn)水口，真空泵、甲烷瓶經(jīng)管路連接高壓注水試驗(yàn)罐的抽注氣口，真空泵與高壓注水試驗(yàn)罐之間的管路上設(shè)置有閥門，甲烷瓶與高壓注水試驗(yàn)罐之間的管路上設(shè)置有壓力閥，計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)據(jù)收集模塊信號(hào)連接位移傳感器和壓力傳感器。

進(jìn)一步的，包括多個(gè)高壓注水試驗(yàn)罐、與高壓注水試驗(yàn)罐數(shù)量相同的充水增壓罐、與高壓注水試驗(yàn)罐數(shù)量相同的注水活塞油缸以及與高壓注水試驗(yàn)罐數(shù)量相同的電液伺服控制動(dòng)力泵。

進(jìn)一步的，多個(gè)高壓注水試驗(yàn)罐的容積不同。

進(jìn)一步的，注水活塞油缸的內(nèi)徑比電液伺服控制動(dòng)力泵的內(nèi)徑小。

進(jìn)一步的，高壓注水試驗(yàn)罐包括缸體和可與缸體密封連接的頂蓋，缸體開(kāi)設(shè)注水口和抽注氣口，缸體上設(shè)置壓力傳感器，頂蓋上開(kāi)設(shè)第二排氣口。

進(jìn)一步的，頂蓋經(jīng)法蘭密封連接缸體。

進(jìn)一步的，注水活塞油缸中的活塞上設(shè)置有活塞密封圈。

本發(fā)明還提供一種含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試方法，應(yīng)用上述的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟一、按照測(cè)試要求制作煤樣，稱取適量煤樣于高壓注水試驗(yàn)罐中；

步驟二、關(guān)閉高壓注水試驗(yàn)罐注水口上的閥門，開(kāi)啟充水增壓罐增壓進(jìn)水口上的閥門和第一排氣口上的閥門，開(kāi)啟注水泵，注水泵以恒壓注滿充水增壓罐后關(guān)閉第一排氣口上的閥門，注水泵繼續(xù)注水至注水活塞油缸內(nèi)達(dá)到設(shè)定高度；

步驟三、真空泵對(duì)高壓注水試驗(yàn)罐抽真空，甲烷瓶向高壓注水試驗(yàn)罐注入設(shè)定壓力的甲烷使煤樣中甲烷吸附平衡，計(jì)算機(jī)經(jīng)壓力傳感器采集壓力量數(shù)據(jù)，關(guān)閉抽注氣口上的閥門，開(kāi)啟高壓注水試驗(yàn)罐注水口上的閥門，注入泵注水至充滿高壓注水試驗(yàn)罐；

步驟四、關(guān)閉注水泵和充水增壓罐增壓進(jìn)水口上的閥門，開(kāi)啟電液伺服控制動(dòng)力泵，電液伺服控制動(dòng)力泵經(jīng)注水活塞油缸向高壓注水試驗(yàn)罐中升壓注水，計(jì)算機(jī)分別經(jīng)位移傳感器和壓力傳感器采集位移量數(shù)據(jù)和壓力量數(shù)據(jù)；

步驟五、經(jīng)位移量數(shù)據(jù)和壓力量數(shù)據(jù)及誤差分析，獲得單位質(zhì)量含瓦斯原煤高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)的水分增量與注水壓力間的量化關(guān)系。

進(jìn)一步的，步驟四中，注水活塞油缸向高壓注水試驗(yàn)罐中以間隔固定壓力值遞增升壓注水，在每一次遞增升壓后均保持固定的時(shí)間。

進(jìn)一步的，步驟四中，注水活塞油缸向高壓注水試驗(yàn)罐中以間隔2MPa遞增升壓注水，在每一次遞增升壓2MPa后均保持2小時(shí)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)及方法具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，準(zhǔn)確模擬含瓦斯原煤高壓注水狀態(tài)，精確測(cè)量含瓦斯原煤高壓注水狀態(tài)下經(jīng)高壓注入煤體孔隙結(jié)構(gòu)的水量和注水壓力；

2、本發(fā)明的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試方法，模擬含瓦斯原煤高壓注水工藝流程，可以精確獲得單位質(zhì)量含瓦斯原煤高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)的水分增量與注水壓力間的量化關(guān)系。

結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式后，本發(fā)明的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中高壓注水試驗(yàn)罐的剖面圖；

圖3為圖2中A-A剖面圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中充水增壓罐的剖面圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中注水活塞油缸的剖面圖；

其中，11、水池，12、注水泵，2、高壓注水試驗(yàn)罐，21、缸體，22、頂蓋，23、法蘭，24、第二排氣口，25、注水口，26、抽注氣口，27、壓力傳感器，3、充水增壓罐，31、第一排氣口，32、增壓進(jìn)水口，33、增壓出水口，34、微量進(jìn)水口，4、電液伺服控制動(dòng)力泵，5、注水活塞油缸，51、活塞，52、供油口，53、出水口，54、活塞桿，55、位移傳感器，56、活塞密封圈，6、數(shù)據(jù)收集模塊，7、計(jì)算機(jī)，8、真空泵，9、甲烷瓶，91、壓力閥。

具體實(shí)施方式

如圖1至圖5所示，本實(shí)施例提供一種含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，包括水池11、注水泵12、高壓注水試驗(yàn)2、充水增壓罐3、電液伺服控制動(dòng)力泵4、注水活塞油缸5、數(shù)據(jù)收集模塊6、計(jì)算機(jī)7、真空泵8和甲烷瓶9等。高壓注水試驗(yàn)罐2包括缸體21和頂蓋22，頂蓋22經(jīng)法蘭23密封連接缸體21，便于打開(kāi)頂蓋22將煤樣放入到缸體21中，并且在煤樣放入后對(duì)缸體21進(jìn)行良好的密封。缸體21上開(kāi)設(shè)注水口25和抽注氣口26，缸體21上設(shè)置壓力傳感器27，頂蓋22上開(kāi)設(shè)第二排氣口24，第二排氣口24、注水口25和抽注氣口26上設(shè)置有閥門。本實(shí)施中的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，包括三個(gè)高壓注水試驗(yàn)罐2，三個(gè)高壓注水試驗(yàn)罐2的容積不同，基于累積法減小系統(tǒng)測(cè)量誤差原理設(shè)計(jì)的容積為2000ml、1000ml、500ml的三型高壓注水試驗(yàn)罐2，與高壓注水試驗(yàn)罐2配套的充水增壓罐3、注水活塞油缸5和電液伺服控制動(dòng)力泵4也為三組設(shè)計(jì)。充水增壓罐3實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)水路轉(zhuǎn)換，并對(duì)來(lái)自注入泵12中的水增壓。充水增壓罐3的上方開(kāi)設(shè)有第一排氣口31，充水增壓罐3的側(cè)壁開(kāi)設(shè)有增壓進(jìn)水口32和微量進(jìn)水口34，充水增壓罐3的底部開(kāi)設(shè)有增壓出水口33，第一排氣口31和增壓進(jìn)水口32上設(shè)置有閥門。電液伺服控制動(dòng)力泵4集成有電腦控制終端，通過(guò)操控面板輸入控制指令，電液伺服控制動(dòng)力泵4控制注水活塞油缸5實(shí)現(xiàn)微流量高壓注水，使注水活塞油缸5自動(dòng)輸出具有確定壓力值的高壓水和確定的水流量。注水活塞油缸5中設(shè)置有活塞51，活塞51將注水活塞油缸5內(nèi)隔成油腔和水腔，油腔處開(kāi)設(shè)有供油口52，水腔處開(kāi)設(shè)有出水口53，活塞51連接有活塞桿54，活塞51上設(shè)置有活塞密封圈56，活塞桿54上設(shè)置有位移傳感器55。注水活塞油缸5的內(nèi)徑比電液伺服控制動(dòng)力泵4的內(nèi)徑小，如此，在電液伺服控制動(dòng)力泵4一定的行程下實(shí)現(xiàn)注水活塞油缸5活塞51移動(dòng)更長(zhǎng)的距離，便于位移傳感器55讀取活塞桿54的移動(dòng)距離，使位移傳感器55可以更精確地測(cè)定計(jì)算注水活塞油缸5排出并進(jìn)入2的水量，進(jìn)而精確獲得高壓注水試驗(yàn)罐2中含瓦斯原煤高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)的水分增量。充水增壓罐3的增壓進(jìn)水口32經(jīng)管路連接注水泵12，注水泵12經(jīng)管路連接水池11，充水增壓罐3的增壓出水口33經(jīng)管路連接高壓注水試驗(yàn)罐2的注水口25，電液伺服控制動(dòng)力泵4經(jīng)管路連接注水活塞油缸5的供油口52，注水活塞油缸5的出水口53經(jīng)管路連接充水增壓罐3的微量進(jìn)水口34，真空泵8、甲烷瓶9經(jīng)管路連接高壓注水試驗(yàn)罐2的抽注氣口26，真空泵8與高壓注水試驗(yàn)罐2之間的管路上設(shè)置有閥門，甲烷瓶9與高壓注水試驗(yàn)罐2之間的管路上設(shè)置有壓力閥91，計(jì)算機(jī)7經(jīng)數(shù)據(jù)收集模塊6信號(hào)連接位移傳感器55和壓力傳感器27。本實(shí)施例中的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，準(zhǔn)確模擬含瓦斯原煤高壓注水狀態(tài)，通過(guò)位移傳感器55精確測(cè)量含瓦斯原煤高壓注水狀態(tài)下經(jīng)高壓注入煤體孔隙結(jié)構(gòu)的水量，通過(guò)壓力傳感器27精確測(cè)量含瓦斯原煤高壓注水狀態(tài)下經(jīng)高壓注入煤體孔隙結(jié)構(gòu)的注水壓力。

本實(shí)施例還提供一種含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試方法，應(yīng)用上述的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)，包括以下步驟：

步驟一、對(duì)含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行氣密性及精確性檢查，將煤體進(jìn)行破碎、篩分，按照測(cè)試要求制作煤樣，稱取適量煤樣于高壓注水試驗(yàn)罐2的缸體21中，加裝頂蓋22并旋緊法蘭23；

步驟二、關(guān)閉高壓注水試驗(yàn)罐2注水口25上的閥門，開(kāi)啟充水增壓罐3增壓進(jìn)水口32上的閥門和第一排氣口31上的閥門，開(kāi)啟注水泵12，注水泵12以恒壓注滿充水增壓罐3后關(guān)閉第一排氣口31上的閥門，注水泵12繼續(xù)注水至注水活塞油缸5內(nèi)達(dá)到設(shè)定高度；

步驟三、真空泵8對(duì)高壓注水試驗(yàn)罐2抽真空，打開(kāi)壓力閥91，甲烷瓶9向高壓注水試驗(yàn)罐2注入設(shè)定壓力的甲烷使煤樣中甲烷吸附平衡，吸附平衡時(shí)間不低8h，計(jì)算機(jī)7經(jīng)壓力傳感器27采集壓力量數(shù)據(jù)，關(guān)閉抽注氣口26上的閥門，開(kāi)啟高壓注水試驗(yàn)罐2注水口25上的閥門，注入泵12注水至充滿高壓注水試驗(yàn)罐2；

步驟四、關(guān)閉注水泵12和充水增壓罐3增壓進(jìn)水口32上的閥門，開(kāi)啟電液伺服控制動(dòng)力泵4，電液伺服控制動(dòng)力泵4經(jīng)注水活塞油缸5向高壓注水試驗(yàn)罐2中升壓注水，計(jì)算機(jī)7分別經(jīng)位移傳感器55和壓力傳感器27采集位移量數(shù)據(jù)和壓力量數(shù)據(jù)；

步驟五、經(jīng)位移量數(shù)據(jù)和壓力量數(shù)據(jù)及誤差分析，獲得單位質(zhì)量含瓦斯原煤高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)的水分增量與注水壓力間的量化關(guān)系。

上述在步驟四中，注水活塞油缸5向高壓注水試驗(yàn)罐2中以間隔固定壓力值遞增升壓注水，在每一次遞增升壓后均保持固定的時(shí)間。比如，注水活塞油缸5向高壓注水試驗(yàn)罐2中以間隔2MPa遞增升壓注水，在每一次遞增升壓2MPa后均保持2小時(shí)，以在保證測(cè)試精度的基礎(chǔ)上提高測(cè)試效率。

本實(shí)施例中的含瓦斯原煤高壓水侵孔隙結(jié)構(gòu)含水量測(cè)試方法，通過(guò)模擬含瓦斯原煤高壓注水工藝流程，可以精確獲得單位質(zhì)量含瓦斯原煤高壓水侵狀態(tài)下孔隙結(jié)構(gòu)的水分增量與注水壓力間的量化關(guān)系，為煤層注水技術(shù)工藝改進(jìn)提供理論指導(dǎo)。

當(dāng)然，上述說(shuō)明并非是對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。