技術領域

本實用新型涉及煤礦開采過程中瓦斯在煤層中滲透規律的研究，尤其涉及一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置。

背景技術

煤巖體的應力、應變狀態以及裂隙發育規律對其滲透性有非常顯著的影響。比如，在煤層巷道開掘后，原始的應力應變狀態被打破，開挖空間周圍產生明顯的應力集中。圍巖應力集中既會使一部分原有裂隙閉合，又會誘發產生更多新的裂隙，新裂隙不斷擴展會使煤體更加破碎，在巷道周圍形成松動圈。在松動圈的影響下，巷道周圍煤體中的瓦斯大量溢出，極易造成巷道瓦斯超標，引發瓦斯爆炸事故。

由于巷道周圍瓦斯滲透溢出規律的復雜性，在工程設計階段無法進行大量的現場試驗和測試，有必要通過系統模擬實驗對煤體強度和滲透性、瓦斯壓力、圍巖壓力和開挖尺寸等因素進行深入的研究，定量分析各因素的影響規律。

目前還沒有專門用于研究巷道周圍煤體瓦斯滲透規律的實驗裝置，而常規的瓦斯滲透率測試裝置，無論是三軸還是單軸，都是將試件加工成圓柱形或立方體形，通過加載使其處于均一的應力狀態下，進而測試其滲透率，只能模擬均勻應力場，均未能考慮巷道開挖導致的應力集中以及圍巖破碎等復雜因素對滲透規律的影響。

發明內容

本實用新型的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置。

為實現上述目的，本實用新型采用下述技術方案：

一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置，其特征在于包括密封加載盒、滲透試件、加載裝置、油壓密封系統、瓦斯供應系統和氣體平衡系統；

所述的密封加載盒，主要包括矩形框架、傳力柱、加載墊塊和側擋板；所述的矩形框架，每個側面都留有一個圓形孔，圓形孔表面設有橡膠密封墊；所述的傳力柱穿過圓形孔，與圓形孔緊密接觸，既保證傳力柱和矩形框架可以發生相對運動，又防止氣體溢出；所述的加載墊塊，與試件接觸的表面設有縱橫交叉的導氣槽；所述的側擋板，包括第一側擋板和第二側擋板，分別固定在矩形框架的前后兩側，其內表面與煤樣試件接觸，每個側擋板內表面預留兩條矩形槽，用于容置密封圈，并在側擋板上預留密封圈注液口，在第二側擋板上還設置有瓦斯注入孔和氣體出孔；

所述滲透試件，為長方體結構，并在中心位置設有類似巷道形狀的貫穿孔洞，滲透試件前后側面涂有704硅橡膠以保證其氣密性，704硅橡膠外側還涂有潤滑材料以減小滲透試件變形過程中與側擋板之間的摩擦力；

所述的油壓密封系統，包括密封圈、手動油壓泵、供油管路和壓力表；密封圈為中空體，中空體內可以注入傳遞壓力的液態物質，密封圈通過聚氨酯橡膠澆筑模壓成型，安裝在側擋板內表面預留的矩形槽中，根據壓力表讀數，通過手動油壓泵對密封圈加壓；

所述的加載裝置，包括框架反力梁、加載油缸、液壓泵站和高壓油管；加載油缸固定在框架反力梁上，通過密封加載盒的傳力柱和加載墊塊給滲透試件施加壓力，液壓泵站和高壓油管的作用是為加載油缸供油；

所述的瓦斯供應系統，包括瓦斯供應罐、第一高壓管、第一閥門、氣體壓力泵、第二高壓管、第二閥門、第一壓力表、第一流量計；瓦斯供應罐和氣體壓力泵通過第一高壓管連接，并在第一高壓管上設有第一閥門；氣體壓力泵和圓柱體結構上的瓦斯注入孔通過第二高壓管相連，并在第二高壓管上設有第二閥門、第一壓力表和第一流量計；

所述的氣體平衡系統，包括第一出氣管、第二流量計、第二壓力表、第三閥門、真空泵、第二出氣管、第四閥門、氣體儲存罐；密封加載盒側擋板上的氣體出孔與真空泵通過第一出氣管連接，并在第一出氣管上設有第二流量計、第二壓力表、第三閥門；真空泵和氣體儲存罐通過第二出氣管相連，并在第二出氣管上設有第四閥門。

為了更方便的進行實驗和數據分析，本實用新型還可以包括測量控制系統；所述的測量控制系統，主要包括計算機、主控箱、數據采集儀；計算機通過USB接口與主控箱相連，主控箱通過導線與數據采集儀、豎向加載裝置、氣體壓力泵和真空泵相連，數據采集儀通過導線第一壓力表、第一流量計、第二壓力表和第二流量計相連。

本實用新型的原理和優點是：

本實用新型通過加載裝置對滲透試件加載，使其達到預定的受力狀態；在油壓密封系統的輔助下，矩形框架、傳力柱、側擋板和滲透試件的外側面構成第一壓力腔，側擋板和滲透試件的內側面構成第二壓力腔；在瓦斯壓力差作用下，第一壓力腔中的瓦斯逐漸向第二壓力腔滲透，從而研究瓦斯在圓形孔洞周圍的滲透規律。