CN104569345B - 二维固热气多场耦合物理相似模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维固热气多场耦合物理相似模拟方法，可测定在煤层开采过程中，煤层上覆岩层应力及卸压瓦斯渗流速度随采动的变化规律，还可测定瓦斯渗流过程对煤岩体温度的影响，同时可研究改变箱体外电阻丝加热的温度对其中卸压瓦斯渗流速度的影响，同时加热均匀，减少了由于受热不均匀所带来的误差，提高了测量的精度，同时还可以测定不同含量的水分对对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度的影响。

Description

二维固热气多场耦合物理相似模拟方法

技术领域

本发明涉一种模拟方法，具体涉及一种二维固热气多场耦合物理相似模拟方法。

背景技术

物理模拟实验是研究矿山压力、瓦斯运移的一种有效手段，是基于相似理论、因次分析法，选用脆性相似材料制作模型的实验室研究方法，广泛应用于水利、采矿、地质等部门。目前，采矿行业大多数的物理模拟实验主要涉及采场、井巷等岩体力学研究范畴，均是研究具有脆性多结构特性的岩体受力后产生弹塑性变形、位移、破碎以及岩块的垮落、压实等现象的。对于固热气耦合作用的研究也主要集中在理论分析和数值模拟方面等。对于固热气耦合在实验室开展物理相似模拟实验的较少。本专利涉及的二维固热气耦合物理模拟实台主要是针对这一课题研发的。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了二维固热气多场耦合物理相似模拟方法，可测定在煤层开采过程中，煤层上覆岩层应力及卸压瓦斯渗流速度随采动的变化规律，还可测定瓦斯渗流过程对煤岩体温度的影响，同时可研究改变箱体外电阻丝加热的温度对其中卸压瓦斯渗流速度的影响。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

二维固热气多场耦合物理相似模拟方法，包括如下步骤：

S1、取四个结构相同的箱体，标号A、B、C和D，在箱体两侧开设测气孔；

S2、在箱体两侧焊接瓷片，在瓷片上打孔，然后将电阻丝穿过小孔，均匀缠绕在箱体的外侧，在箱体底部铺设高精度应力传感器；

S3、在箱体A、B、C内分别铺设采煤层和岩层，并在箱体A、B、C内铺设覆水装置和湿度传感器；

S4、用导气管将箱体A、B、C的测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并将覆水装置与供水装置相连，将湿度传感器与计算机相连；

S5、用导线将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，用以测试实验过程中岩层的应力变化；

S6、人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体湿度变化进行测试；

S7、在箱体D中铺设采煤层和岩层，待采煤层和岩层晾干后，用导气管将箱体D的测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并用导线将电阻丝与控温器及温度采集仪相连接，将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，测试煤岩层中温度变化及温度变化对其中瓦斯渗流速度的影响；

S8、人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S9、采用不同倾角开采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S10、将步骤S5、S6、S8、S9所得的测试结果进行分析总结，从而研究采动过程中的液热固气耦合规律。

本发明具有以下有益效果：

可测定在煤层开采过程中，煤层上覆岩层应力及卸压瓦斯渗流速度随采动的变化规律，还可测定瓦斯渗流过程对煤岩体温度的影响，同时可研究改变箱体外电阻丝加热的温度对其中卸压瓦斯渗流速度的影响，同时加热均匀，减少了由于受热不均匀所带来的误差，提高了测量的精度，同时还可以测定不同含量的水分对对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度的影响。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种二维固热气多场耦合物理相似模拟方法，包括如下步骤：

S1、取四个结构相同的箱体，标号A、B、C和D，在箱体两侧开设测气孔；

S2、在箱体两侧焊接瓷片，在瓷片上打孔，然后将电阻丝穿过小孔，均匀缠绕在箱体的外侧，在箱体底部铺设高精度应力传感器；

S3、在箱体A、B、C内分别铺设采煤层和岩层，并在箱体A、B、C内铺设覆水装置和湿度传感器；

S4、用导气管将箱体A、B、C的测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并将覆水装置与供水装置相连，将湿度传感器与计算机相连；

S5、用导线将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，用以测试实验过程中岩层的应力变化；

S6、人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体湿度变化进行测试；

S7、在箱体D中铺设采煤层和岩层，待采煤层和岩层晾干后，用导气管将箱体D的测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并用导线将电阻丝与控温器及温度采集仪相连接，将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，测试煤岩层中温度变化及温度变化对其中瓦斯渗流速度的影响；

S8、人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S9、采用不同倾角开采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S10、将步骤S5、S6、S8、S9所得的测试结果进行分析总结，从而研究采动过程中的液热固气耦合规律。

实施例

一种二维固热气多场耦合物理相似模拟方法，包括如下步骤：

S11、在箱体两侧开设测气孔，在箱体内铺设采煤层和岩层，采煤层和岩层的厚度均为1米，并在采煤层中铺设硅碳加热棒，在箱体底部铺设高精度应力传感器；

S12、待采煤层和岩层晾干后，用导气管将测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并用导线将恒温硅碳加热棒与控温器及温度采集仪相连接，通过温控器控制恒温硅碳加热棒对采煤层进行加热，分别使得采煤层温度达到25℃、30℃、50℃、80℃，以测试煤岩层中温度变化及温度变化对其中瓦斯渗流速度的影响；

S13、用导线将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，通过应力传感器与108路应力采集仪对岩层应力变化进行测试，通过测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计对卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S14、将步骤S2、S3所得的测试见过进行分析总结，从而研究采动过程中的热固气耦合规律。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.二维固热气多场耦合物理相似模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、取四个结构相同的箱体，标号A、B、C和D，在箱体两侧开设测气孔；

S2、在箱体两侧焊接瓷片，在瓷片上打孔，然后将电阻丝穿过小孔，均匀缠绕在箱体的外侧，在箱体底部铺设高精度应力传感器；

S3、在箱体A、B、C内分别铺设采煤层和岩层，并在箱体A、B、C内铺设覆水装置和湿度传感器；

S4、用导气管将箱体A、B、C的测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并将覆水装置与供水装置相连，将湿度传感器与计算机相连；

S5、用导线将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，用以测试实验过程中岩层的应力变化；

S6、人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体湿度变化进行测试；

S7、在箱体D中铺设采煤层和岩层，待采煤层和岩层晾干后，用导气管将箱体D的测气孔与空气压缩机、储气罐、皂泡流量计相连，并用导线将电阻丝与控温器及温度采集仪相连接，将应力传感器与108路应力采集仪和计算机连接，测试煤岩层中温度变化及温度变化对其中瓦斯渗流速度的影响；

S8、人工开采采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S9、采用不同倾角开采煤层，通过开采煤层随工作面推进过程，对岩层应力变化、卸压瓦斯渗流速度及煤岩体温度变化进行测试；

S10、将步骤S5、S6、S8、S9所得的测试结果进行分析总结，从而研究采动过程中的液热固气耦合规律。