(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210377032.8 (22)申请日 2022.04.12 (71)申请人 西安科技大 学 地址 710054 陕西省西安市碑林区雁塔中 路58号 (72)发明人 肖鹏　兰国庆　刘潇潇　黄晓昇　 郭晨华　王磊　辛越强　田雨　 (74)专利代理 机构 成都九鼎天元知识产权代理 有限公司 51214 专利代理师 牟月萍 (51)Int.Cl. G01N 3/02(2006.01) G01N 3/12(2006.01) G01N 29/04(2006.01) G01N 29/14(2006.01) (54)发明名称 一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗区域裂隙扩展 及其检测的实验 装置 (57)摘要 本发明涉及矿井瓦斯抽采钻孔技术领域， 具 体涉及一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗区域裂隙扩 展及其检测的实验装置， 包括用于模拟瓦斯抽采 钻孔的模拟实验箱， 所述模拟实验箱上连接有注 气系统、 加载系统和检测系统， 所述注气系统为 模拟实验箱内通入瓦斯气体， 所述加载系统为模 拟实验箱提供 实验所需的加载压力， 所述检测系 统用来获取钻孔内高渗区域裂隙的变化规律； 其 有益效果为： 本发明提供一种模拟钻孔瓦斯高渗 区域裂隙扩展的实验装置， 其整体设计合理， 通 过在实验模拟箱内铺设型煤并通入气体， 上方进 行压力加载， 模拟瓦斯抽采前钻孔周围的煤体环 境。 可以灵活的控制加载压力， 瓦斯压力， 模拟不 同条件下的瓦斯抽采 钻孔的环境。 权利要求书1页 说明书4页 附图2页 CN 114659879 A 2022.06.24 CN 114659879 A 1.一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装置， 包括用于模拟瓦斯 抽采钻孔的模拟实验箱(4)， 其特征在于： 所述模拟实验箱(4)上连接有注气系统、 加载系统 和检测系统， 所述注气系统为模拟实验箱(4)内通入瓦斯气 体， 所述加载系统为模拟实验箱 (4)提供实验所需的加载压力， 所述检测系统用来获取钻孔内 高渗区域裂隙的变化 规律。 2.根据权利要求1所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述注气系统包括高压气瓶(1)， 所述高压气瓶(1)通过第一输气管道(13) 连接有空气压缩机(2)， 所述空气压缩机(2)通过第二输气管道(14)连接有瓦斯进气管 (12)， 所述瓦斯进气管(12)的另一端通向模拟实验箱(4)， 所述模拟实验箱(4)的底部布有 通气管道(4 ‑2)， 所述通气管道(4 ‑2)上开设有通气孔(4 ‑201)， 所述通气管道(4 ‑2)的两端 分别通过转换器与瓦斯进气管(12)和排气管(3)连接 。 3.根据权利要求2所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述第二输气管道(14)上靠近瓦斯进气管(12)处安装有开关阀门(5)， 所 述瓦斯进气管(12)上安装有气体压力表(6)。 4.根据权利要求1所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述加载系统包括模拟实验箱(4)上 方连接的压力加载铁块(7)。 5.根据权利要求1所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述检测系统包括布设在模拟实验箱(4)两侧的超声波发射端(8)和超声 波接受端(9)， 所述模拟实验箱(4)的两侧分别布设有第一超声发射探头(10)和第二超声发 射探头(11)， 所述模拟实验箱(4)的后方设有超声发射探 头接线孔(4 ‑1)。 6.根据权利要求5所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述超声波发射端(8)和超声波接受端(9)的个数分别为三个， 分别建立3 条超声波接发通道； 所述第一超声发射探头(10)和第二超声发射探头(11)的个数分别为三 个， 所述第一超声发射探头(10)和第二超声发射探头(11)的接线从超声发射探头接线孔 (4‑1)穿出。 7.根据权利要求1所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述模拟实验箱(4)的前表面安装有有机玻璃， 所述有机玻璃上开设有钻 口(4‑5)和测气口(4 ‑3)， 所述测气口(4 ‑3)上连接有气压表和抽气泵。 8.根据权利要求1所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述模拟实验箱(4)的底部布有三个通气管道(4 ‑2)， 所述通气管道(4 ‑2) 的两端分别为进气口(4 ‑202)和排气口(4 ‑203)， 所述进气口(4 ‑202)上通过转换器连接有 瓦斯进气管(12)， 所述 排气口(4 ‑203)上通过转换器连接有排气管(3)。 9.根据权利要求1所述的一种 模拟瓦斯抽采钻孔高渗 区域裂隙扩展及其检测的实验装 置， 其特征在于： 所述模拟实验箱(4)分为主箱和副箱(4 ‑4)两个部 分， 所述主箱用于型煤铺 设进行实验， 所述副箱(4 ‑4)用于观测 和检查箱内气压 。 10.根据权利要求1 ‑9所述的一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗区域裂隙扩展及其检测的实 验装置， 其特征在于： 所述模拟实验箱(4)为全密闭实验箱， 所述模拟实验箱(4)的顶部用塑 料布进行密封 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114659879 A 2一种模拟瓦斯抽采钻孔高 渗区域裂隙扩展及其检测的实验 装置 技术领域 [0001]本发明涉及矿井瓦斯抽采钻孔技术领域， 具体涉及一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗区 域裂隙扩展及其检测的实验 装置。 背景技术 [0002]目前， 矿井瓦斯抽采已经成为煤矿井下瓦斯灾害防治和煤层气资源开发的主要方 式。 抽采本煤层瓦斯的钻孔是由巷道向煤层施工， 钻孔周围的煤体在应力作用下产生裂隙， 为孔内瓦斯流动提供了运移 通道。 但是由于巷道旁的煤体受采动应力和钻孔施工扰动作用 较大， 导致钻孔周围煤体发生变形破碎， 构成复杂的裂隙网络， 对气体产生导流作用形成 “高渗区域 ”。 这些裂隙对于封孔后的瓦斯抽采工作造成严重的影响。 研究表明， 我国有半数 以上的钻孔瓦斯抽采浓度低于30％， 特别是高瓦斯松软煤层瓦斯抽采效率更低， 其主要原 因之一是封孔后的钻孔周围煤体仍存在较多裂隙， 导致气体渗漏， 只有采用相关技术和材 料修复高渗区域的裂隙， 确保其不再渗漏， 才能保证钻孔的抽采效果。 由于松软煤层的力学 强度低， 瓦斯解析速度快， 瓦斯含量和压力相对较高的特征。 同时， 高渗区域的裂隙扩展受 瓦斯抽采钻孔的直径、 角度、 煤层中的瓦斯压力、 浓度、 煤层应力的大小等影响使得松软煤 层瓦斯抽采 难以高效稳定的实现。 [0003]因此， 研究多因素下松软煤层瓦斯抽采钻孔高渗区域裂隙的扩展对抽采松软煤层 的瓦斯， 实现煤与瓦斯共 采， 提高瓦斯 灾害的防止和瓦斯资源的开发 都具有积极的意 义。 发明内容 [0004]本发明的目的是针对现有技术中的不足， 提供一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗区域裂 隙扩展及其检测的实验装置， 通过模拟不同条件下瓦斯抽采钻孔高渗区域裂隙裂隙扩展情 况， 研究高渗区域的裂隙扩展规 律， 为后期的裂隙修复和煤与瓦斯共 采提供依据。 [0005]为了实现上述目的， 本发明提供的技 术方案为： [0006]一种模拟瓦斯抽采钻孔高渗区域裂隙扩展及其检测的实验装置， 包括用于模拟瓦 斯抽采钻孔的模拟实验箱 4， 其特征在于： 所述模拟实验箱 4上连接有注气系统、 加载系统和 检测系统， 所述注气系统为模拟实验箱4内通入瓦斯气体， 所述加载系统为模拟实验箱4提 供实验所需的加载压力， 所述检测系统用来获取钻孔内 高渗区域裂隙的变化 规律。 [0007]所述注气系统包括高压气 瓶1， 所述高压气瓶1通过第一输气管道13连接有空气压 缩机2， 所述空气压缩机2通过第二输气管道14连接有瓦斯进气管12， 所述瓦斯进气管12的 另一端通 向模拟实验箱4， 所述模拟实验箱4的底部布有通气管道4 ‑2， 所述通气管道4 ‑2上 开设有通气孔4 ‑201， 所述通气管道4 ‑2的两端分别通过转换器与瓦斯进气管12和排气管3 连接。 [0008]所述第二输气管道14上靠 近瓦斯进气管12处安装有开关阀门5 。 [0009]所述瓦斯进气管12上安装有气体压力表6 。说　明　书 1/4 页 3 CN 114659879 A 3