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多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法與流程

文檔序號:12453668閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:包括以下步驟,

步驟1、試驗準備

1a)將煤樣破碎并篩分備用,準備相似材料備用,所述相似材料用于模擬煤層之間的巖層,對傳感器進行編號備用;

1b)型煤成型,在試件箱內對煤樣和相似材料進行加壓成型,并在試件箱內埋入抽采管和傳感器;

所述試件箱包括箱體和箱蓋,在所述箱體沿長度方向的一端插裝有第一水平壓頭,所述第一水平壓頭的內端固定有位于箱體內的豎向的第一壓板,在所述箱體沿寬度方向的一側插裝有至少兩個第二水平壓頭,所述第二水平壓頭沿箱體的長度方向均勻布置,在每一所述第二水平壓頭的內端均固定有豎向的第二壓板,在所述箱蓋上插裝有與第二水平壓頭一一對應的豎向壓頭,在每一所述豎向壓頭的內端均固定有位于箱體內的水平的第三壓板,在所述箱體內底設置有與豎向壓頭一一對應的透氣板,在每一所述透氣板下方均設有氣流通道,所述氣流通道的一端通過透氣板與箱體內腔貫通,氣流通道的另一端貫穿箱體外壁并各自固定連接有管接頭;

所述抽采管沿箱體長度方向布置,并且抽采管包括固定在箱體上的外管和插裝在外管內的內管,在所述外管上設有與透氣板一一對應的抽采區,在外管的每一抽采區上均開設有外抽采孔,在所述外管相鄰的兩個抽采區之間設置有隔板,所述隔板將相鄰的抽采區密封隔斷;所述內管的數量與抽采區的數量一一對應,內管的內端伸入對應抽采區內,并且在內管上開設有位于對應抽采區內的內抽采孔;

所述煤樣和相似材料沿箱體長度方向間隔布置,并且煤樣位于透氣板正上方,相似材料位于相鄰透氣板之間部位的上方;

1c)檢查密封效果;

1d)連接傳感器和電腦;在每一所述氣流通道的管接頭上通過進氣管路各自連接有真空泵,在每一所述內管的外端各自連接有出氣管路,并在每一所述出氣管路均上安裝有流量計,將所有的出氣管路均與開采總管連通,所述開采總管用于收集氣體;

步驟2、加載應力

開啟應力加載及數據采集系統,通過各個壓頭對型煤施加預定應力;

步驟3、瓦斯吸附

關閉出氣管路,啟動真空泵對煤樣進行抽真空排出空氣雜質,抽真空完成后關閉真空泵和進氣管路,將進氣管路與甲烷氣瓶連接,打開甲烷氣瓶和進氣管路進行充氣,按照預定的吸附平衡氣壓對各個煤層進行充分吸附;

步驟4、煤層氣開采

關閉所有的進氣管路,按照試驗設定的開采方式,打開相應的出氣管路,進行瓦斯開采模擬試驗;

步驟5、結束一次試驗

關閉應力加載及數據采集系統,結束一次試驗;

步驟6、同組其他試驗

改變開采方式,重復試驗。

2.根據權利要求1所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:所述第二水平壓頭沿箱體的長度方向均勻布置有四個,所述豎向壓頭與第二水平壓頭一一對應布置有四個,所述透氣板與豎向壓頭一一對應布置有四個,所述外管上的抽采區與透氣板一一對應布置有四個,所述內管與抽采區一一對應布置有四個,所述煤層有四層,從遠離第一水平壓頭的一端開始將煤層依次標定為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ;所述相似材料在煤層之間間隔布置有三層。

3.根據權利要求2所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:在所述步驟4中,打開所有的出氣管路,采用合層開采方式模擬瓦斯開采。

4.根據權利要求2所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:在所述步驟4中,采用單層開采的方式模擬瓦斯開采,包括以下步驟,先打開煤層Ⅳ所對應的出氣管路進行單層抽采,直到煤層Ⅳ的氣壓降至0.1MPa以下;然后打開煤層Ⅲ所對應的出氣管路進行單層抽采,直到煤層Ⅲ的氣壓降至0.1MPa以下;再打開煤層Ⅱ所對應的出氣管路進行單層抽采,直到煤層Ⅱ的氣壓降至0.1MPa以下;最后打開煤層Ⅰ所對應的出氣管路進行單層抽采,直到煤層Ⅰ的氣壓降至0.1MPa以下。

5.根據權利要求2所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:在所述步驟4中,采用遞進開采的方式模擬瓦斯開采,包括以下步驟,先打開煤層Ⅳ所對應的出氣管路進行抽采,然后打開煤層Ⅲ所對應的出氣管路進行煤層Ⅳ和Ⅲ合層抽采,再打開煤層Ⅱ所對應的出氣管路進行煤層Ⅳ、Ⅲ和Ⅱ合層抽采,最后打開煤層Ⅰ所對應的出氣管路進行煤層Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ和Ⅰ合層抽采。

6.根據權利要求1或2或3或4或5所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:所述箱體內壓制成型的型煤大小為400mm*400mm*1050mm。

7.根據權利要求6所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:在所述步驟1進行型煤成型時,對型煤沿豎直方向分四次鋪設和加壓成型,即先在箱體底部相應位置鋪設煤樣和相似材料,同時在煤樣內埋入傳感器,然后加壓成型;接著進行第二次煤樣和相似材料的鋪設和加壓成型,然后安裝抽采管;再進行第三次、第四次鋪設和加壓成型,并埋入相應位置的傳感器。

8.根據權利要求7所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:所述傳感器包括36個氣體壓力傳感器,8個溫度傳感器和8個土壓力盒;以型煤靠近第一水平壓頭一端下方的一個角為原點、以型煤的長度方向為Z軸、豎直方向為X軸、與第二水平壓頭施壓相反的方向為Y軸建立坐標系,所述傳感器分別布置在Z=133mm、Z=395mm、Z=657mm和Z=919mm四個斷面上;在每一斷面分布有9個氣體壓力傳感器、2個溫度傳感器和2個土壓力盒,其中9個氣體壓力傳感器以斷面的外切圓圓心為中心,呈“+”分布,2個所述溫度傳感器分別位于斷面上(X,Y)=(300,100)和(X,Y)=(300,300)的位置,2個所述土壓力盒分別位于斷面上(X,Y)=(100,100)和(X,Y)=(100,300)的位置。

9.根據權利要求7所述的多層疊置含氣系統垂直井開采模擬試驗方法,其特征在于:步驟1中型煤成型在壓制平臺上進行,所述壓制平臺包括長條形的底座,在所述底座上通過四個支撐柱安裝有左右兩個反力座,所述支撐柱的下端與底座固定,所述反力座的前后兩端各自固套在支撐柱上,并且在底座上還固定有豎向的支撐螺桿,在所述支撐螺桿上套裝有支撐螺母,所述反力座活套在支撐螺桿上并通過支撐螺母支撐,在底座上安裝有兩根滑軌,所述滑軌位于兩個反力座之間,所述試件箱的底部與滑軌配合;在每一反力座上均插裝有至少兩個夾緊桿,所述夾緊桿與反力座螺紋配合,夾緊桿的內端與試件箱側壁抵緊,夾緊桿的外端固定有手輪。

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