一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置，属于低渗透本煤层强化增透技术领域。本发明通过力电感应电控阀使高压气体多次循环冲击煤体致裂增透，操作简单、成本低、增透效果明显。本发明包括煤体试样、爆破气缸机构、三轴加载系统、高压气体冲击系统及煤体渗透率测定系统；煤体试样由煤块和保护层组成；爆破气缸机构由上、下气缸盖、气缸筒及上、下压头组成；三轴加载系统由轴压加载系统和围压加载系统组成，高压气体冲击系统由气爆枪、力电感应电控阀、高压储气罐、多通阀、空压机及气体气源瓶组成；煤体渗透率测定系统由设置在爆破气缸机构外部的甲烷气瓶、水槽及量筒组成。
1.一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置，其特征在于包括煤体试样、爆破气缸机构、三轴加载系统、高压气体冲击系统及煤体渗透率测定系统；
所述煤体试样由煤块和保护层组成，所述保护层设置在煤块四周的侧壁上；
所述爆破气缸机构由上、下气缸盖、气缸筒及上、下压头组成，气缸筒竖直设置，在气缸筒的底部设置有下气缸盖，在气缸筒的顶部设置有上气缸盖，所述上、下气缸盖与气缸筒形成密封空间；在上气缸盖的中部设置有轴压加载通孔，在上气缸盖的底部中央处设置有上盖凹槽，所述上压头的顶部设置在上盖凹槽内，在上压头竖直方向上的中部设置有上压头贯通孔；在下气缸盖的顶部中央处设置有下盖凹槽，所述下压头的底部设置有凸起，且下压头的凸起设置在下盖凹槽内；在下压头和下气缸盖竖直方向上的中部分别设置有下压头贯通孔和下气缸盖贯通孔，且下压头贯通孔和下气缸盖贯通孔相连通；在所述上、下压头之间设置有煤体试样，在煤体试样的煤块上设置有竖直的爆破孔，所述爆破孔与上压头贯通孔相连通；
所述三轴加载系统由轴压加载系统和围压加载系统组成，所述轴压加载系统设置在上压头的上部，所述轴压加载系统的上部通过爆破气缸机构中上气缸盖的轴压加载通孔设置在爆破气缸机构的外部；在轴压加载系统内设置有三通孔，三通孔由第一、第二、第三通孔组成，所述第一、第二、第三通孔相连通，其中的第一通孔与爆破气缸机构中上压头的上压头贯通孔相连通；所述围压加载系统设置在爆破气缸机构的外部，围压加载系统通过围压连接管与爆破气缸机构内部空间相连通，在围压连接管上设置有第三手控阀，在第三手控阀与围压加载系统之间、靠近围压加载系统的围压连接管上设置有第三数字压力表；
所述高压气体冲击系统由设置在爆破气缸机构内部的气爆枪和设置在爆破气缸机构外部的力电感应电控阀、高压储气罐、多通阀、空压机及气体气源瓶组成；所述气爆枪的枪头设置在煤体试样的爆破孔中，在爆破孔的入口处、气爆枪与爆破孔之间填充有封孔粘结剂密封；气爆枪尾部与设置在上压头贯通孔内的输气管的一端相连通，所述输气管的另一端通过上压头贯通孔设置在三通孔的第一通孔内，三通孔的第二通孔与力电感应电控阀的一端通过输气管相连通，所述力电感应电控阀的另一端与高压储气罐的一端通过输气管相连通，所述高压储气罐的另一端与多通阀的一个端口通过输气管相连通；所述多通阀的另两个端口分别与空压机、气体气源瓶通过输气管相连通；在力电感应电控阀与高压储气罐之间、靠近高压储气罐的输气管上设置有第五数字压力表，在多通阀与气体气源瓶之间的输气管上设置有第四手控阀，在第四手控阀与气体气源瓶之间、靠近气体气源瓶的输气管上设置有第四数字压力表；
所述煤体渗透率测定系统由设置在爆破气缸机构外部的甲烷气瓶、水槽及量筒组成；
所述甲烷气瓶与轴压加载系统内三通孔的第三通孔之间通过甲烷输气管相连通，在甲烷输气管上设置有第一手控阀，在第一手控阀与甲烷气瓶之间、靠近甲烷气瓶的甲烷输气管上设置有第一数字压力表；在所述水槽内倒置设置有量筒，甲烷导气管的一端与下气缸盖贯通孔相连通，另一端设置在量筒内；在甲烷导气管上设置有第二手控阀，在第二手控阀与下气缸盖贯通孔之间、靠近下气缸盖贯通孔的甲烷导气管上设置有第二数字压力表；在所述上气缸盖的底部边缘设置有上凹槽，在所述下气缸盖的顶部边缘设置有下凹槽，且上、下凹槽位置相对应；所述气缸筒的顶部和底部分别设置在上、下凹槽内。
2.根据权利要求1所述的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置,其特征在于在所述下气缸盖上设置有缸体液压入孔，所述围压连接管通过缸体液压入孔与爆破气缸机构内部空间相连通。
3.根据权利要求1所述的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置,其特征在于在所述上压头的下端面和下压头的上端面上均设置有凹槽，所述煤体试样的两端分别设置在凹槽内。
4.根据权利要求1所述的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置,其特征在于在所述高压储气罐外部设置有过压保护装置。
5.根据权利要求1所述的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置,其特征在于所述爆破孔的孔深为煤体试样高度的2/3。
6.根据权利要求1所述的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置,其特征在于所述气爆枪与爆破孔之间的封孔粘结剂的密封长度为爆破孔孔深的1/3。
7.根据权利要求1所述的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置,其特征在于所述气爆枪枪头设置在爆破孔孔深的1/2～2/3位置处。
低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置
技术领域
[0001] 本发明属于低渗透本煤层强化增透技术领域，特别是涉及一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置。
背景技术
[0002] 我国低渗透本煤层强化增透技术主要包括深孔爆破、水力压裂等。但是深孔爆破有产生火花和不能重复装药的缺点，水力压裂裂纹扩展具有地应力敏感性和煤层敏感性，使得上述本煤层强化增透技术的增透效果不理想，且上述技术的工艺比较复杂。
发明内容
[0003] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置，该装置通过力电感应电控阀使高压气体多次循环冲击煤体致裂增透，操作简单、成本低、增透效果明显。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置，包括煤体试样、爆破气缸机构、三轴加载系统、高压气体冲击系统及煤体渗透率测定系统；
[0005] 所述煤体试样由煤块和保护层组成，所述保护层设置在煤块四周的侧壁上；
[0006] 所述爆破气缸机构由上、下气缸盖、气缸筒及上、下压头组成，气缸筒竖直设置，在气缸筒的底部设置有下气缸盖，在气缸筒的顶部设置有上气缸盖，所述上、下气缸盖与气缸筒形成密封空间；在上气缸盖的中部设置有轴压加载通孔，在上气缸盖的底部中央处设置有上盖凹槽，所述上压头的顶部设置在上盖凹槽内，在上压头竖直方向上的中部设置有上压头贯通孔；在下气缸盖的顶部中央处设置有下盖凹槽，所述下压头的底部设置有凸起，且下压头的凸起设置在下盖凹槽内；在下压头和下气缸盖竖直方向上的中部分别设置有下压头贯通孔和下气缸盖贯通孔，且下压头贯通孔和下气缸盖贯通孔相连通；在所述上、下压头之间设置有煤体试样，在煤体试样的煤块上设置有竖直的爆破孔，所述爆破孔与上压头贯通孔相连通；
[0007] 所述三轴加载系统由轴压加载系统和围压加载系统组成，所述轴压加载系统设置在上压头的上部，所述轴压加载系统的上部通过爆破气缸机构中上气缸盖的轴压加载通孔设置在爆破气缸机构的外部；在轴压加载系统内设置有三通孔，三通孔由第一、第二、第三通孔组成，所述第一、第二、第三通孔相连通，其中的第一通孔与爆破气缸机构中上压头的上压头贯通孔相连通；所述围压加载系统设置在爆破气缸机构的外部，围压加载系统通过围压连接管与爆破气缸机构内部空间相连通，在围压连接管上设置有第三手控阀，在第三手控阀与围压加载系统之间、靠近围压加载系统的围压连接管上设置有第三数字压力表；
[0008] 所述高压气体冲击系统由设置在爆破气缸机构内部的气爆枪和设置在爆破气缸机构外部的力电感应电控阀、高压储气罐、多通阀、空压机及气体气源瓶组成；所述气爆枪的枪头设置在煤体试样的爆破孔中，在爆破孔的入口处、气爆枪与爆破孔之间填充有封孔粘结剂密封；气爆枪尾部与设置在上压头贯通孔内的输气管的一端相连通，所述输气管的另一端通过上压头贯通孔设置在三通孔的第一通孔内，三通孔的第二通孔与力电感应电控阀的一端通过输气管相连通，所述力电感应电控阀的另一端与高压储气罐的一端通过输气管相连通，所述高压储气罐的另一端与多通阀的一个端口通过输气管相连通；所述多通阀的另两个端口分别与空压机、气体气源瓶通过输气管相连通；在力电感应电控阀与高压储气罐之间、靠近高压储气罐的输气管上设置有第五数字压力表，在多通阀与气体气源瓶之间的输气管上设置有第四手控阀，在第四手控阀与气体气源瓶之间、靠近气体气源瓶的输气管上设置有第四数字压力表；
[0009] 所述煤体渗透率测定系统由设置在爆破气缸机构外部的甲烷气瓶、水槽及量筒组成；所述甲烷气瓶与轴压加载系统内三通孔的第三通孔之间通过甲烷输气管相连通，在甲烷输气管上设置有第一手控阀，在第一手控阀与甲烷气瓶之间、靠近甲烷气瓶的甲烷输气管上设置有第一数字压力表；在所述水槽内倒置设置有量筒，甲烷导气管的一端与下气缸盖贯通孔相连通，另一端设置在量筒内；在甲烷导气管上设置有第二手控阀，在第二手控阀与下气缸盖贯通孔之间、靠近下气缸盖贯通孔的甲烷导气管上设置有第二数字压力表。
[0010] 在所述上气缸盖的底部边缘设置有上凹槽，在所述下气缸盖的顶部边缘设置有下凹槽，且上、下凹槽位置相对应；所述气缸筒的顶部和底部分别设置在上、下凹槽内。
[0011] 在所述下气缸盖上设置有缸体液压入孔，所述围压连接管通过缸体液压入孔与爆破气缸机构内部空间相连通。
[0012] 在所述上压头的下端面和下压头的上端面上均设置有凹槽，所述煤体试样的两端分别设置在凹槽内。
[0013] 在所述高压储气罐外部设置有过压保护装置。
[0014] 所述爆破孔的孔深为煤体试样高度的2/3。
[0015] 所述气爆枪与爆破孔之间的封孔粘结剂的密封长度为爆破孔孔深的1/3。
[0016] 所述气爆枪枪头设置在爆破孔孔深的1/2～2/3位置处。
[0017] 本发明的有益效果：
[0018] 本发明提供一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置，该装置通过力电感应电控阀使高压气体多次循环冲击煤体致裂增透，操作简单、成本低、增透效果明显。
附图说明
[0019] 图1是本发明的低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置的结构示意图；
[0020] 其中，1--煤块，2--保护层，3--爆破孔，4--气爆枪，5--封孔粘结剂，6--气缸筒，7--上气缸盖，8--下气缸盖，9--上压头，10--下压头，11--上气缸盖螺栓，12--下气缸盖螺栓，13--下压头螺栓，14--轴压加载系统，15--密封圈，16--三通孔，17--下压头贯通孔，
18--缸体液压入孔，19—第一手控阀，20—第二手控阀，21—第三手控阀，22—第四手控阀，
23--力电感应电控阀，24—第一数字压力表，25—第二数字压力表，26—第三数字压力表，
27—第四数字压力表，28—第五数字压力表，29--甲烷气瓶，30--甲烷输气管，31--甲烷导气管，32--水槽，33--量筒，34--围压加载系统，35--气体气源瓶，36--空压机，37--多通阀，38--输气管，39--高压储气罐，40--过压保护装置，41—上压头贯通孔，42--下气缸盖贯通孔，43--轴压加载通孔，44--上盖凹槽，45--下盖凹槽，46--上凹槽，47—下凹槽，
48--凸起，49—围压连接管。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0022] 如图1所示，一种低渗透煤体高压气体循环脉冲致裂增透实验装置，包括煤体试样、爆破气缸机构、三轴加载系统、高压气体冲击系统及煤体渗透率测定系统；
[0023] 所述煤体试样由煤块1和混凝土保护层2组成，所述混凝土保护层2设置在煤块1四周的侧壁上；
[0024] 所述爆破气缸机构由上、下气缸盖、气缸筒6及上、下压头组成，气缸筒6竖直设置，在气缸筒6的底部设置有下气缸盖8，在气缸筒6的顶部设置有上气缸盖7，所述上、下气缸盖与气缸筒6形成密封空间；在上气缸盖7的中部设置有轴压加载通孔43，在上气缸盖7的底部中央处设置有上盖凹槽44，所述上压头9的顶部设置在上盖凹槽44内，在上压头9竖直方向上的中部设置有上压头贯通孔41；在下气缸盖8的顶部中央处设置有下盖凹槽44，所述下压头10的底部设置有凸起48，且下压头10的凸起48设置在下盖凹槽45内；在下压头10和下气缸盖8竖直方向上的中部分别设置有下压头贯通孔17和下气缸盖贯通孔42，且下压头贯通孔17和下气缸盖贯通孔42相连通；在所述上、下压头之间设置有煤体试样，在煤体试样的煤块1上设置有竖直的爆破孔3，所述爆破孔3与上压头贯通孔41相连通；
[0025] 所述三轴加载系统由轴压加载系统14和围压加载系统34组成，所述轴压加载系统14和围压加载系统34均采用MTS815.03岩石三轴试验装置的加载系统；所述轴压加载系统14设置在上压头9的上部，所述轴压加载系统14的上部通过爆破气缸机构中上气缸盖7的轴压加载通孔43设置在爆破气缸机构的外部；在轴压加载系统14内设置有三通孔16，三通孔16由第一、第二、第三通孔组成，所述第一、第二、第三通孔相连通，其中的第一通孔与爆破气缸机构中上压头9的上压头贯通孔41相连通；所述围压加载系统34设置在爆破气缸机构的外部，围压加载系统34通过围压连接管49与缸体液压入孔18相连通，在围压连接管49上设置有第三手控阀21，在第三手控阀21与围压加载系统34之间、靠近围压加载系统34的围压连接管49上设置有第三数字压力表26；
[0026] 所述高压气体冲击系统由设置在爆破气缸机构内部的气爆枪4和设置在爆破气缸机构外部的力电感应电控阀23、高压储气罐39、多通阀37、空压机36及气体气源瓶35组成；所述气爆枪4的枪头设置在煤体试样的爆破孔3中，在爆破孔3的入口处、气爆枪4与爆破孔3之间填充有封孔粘结剂5密封；气爆枪4尾部与设置在上压头贯通孔41内的输气管38的一端相连通，所述输气管38的另一端通过上压头贯通孔41设置在三通孔16的第一通孔内，三通孔16的第二通孔与力电感应电控阀23的一端通过输气管38相连通，所述力电感应电控阀23的另一端与高压储气罐39的一端通过输气管38相连通，所述高压储气罐39的另一端与多通阀37的一个端口通过输气管38相连通；所述力电感应电控阀23自动释放高压储气罐39内的高压气体循环冲击煤块1，使煤块1产生裂纹致裂增透，所述多通阀37的另两个端口分别与空压机36、气体气源瓶35通过输气管38相连通；在力电感应电控阀23与高压储气罐39之间、靠近高压储气罐39的输气管38上设置有第五数字压力表28，在多通阀37与气体气源瓶35之间的输气管38上设置有第四手控阀22，在第四手控阀
22与气体气源瓶35之间、靠近气体气源瓶35的输气管38上设置有第四数字压力表27；
[0027] 所述煤体渗透率测定系统由设置在爆破气缸机构外部的甲烷气瓶29、水槽32及量筒33组成；所述甲烷气瓶29与轴压加载系统内三通孔16的第三通孔之间通过甲烷输气管30相连通，在甲烷输气管30上设置有第一手控阀19，在第一手控阀19与甲烷气瓶29之间、靠近甲烷气瓶29的甲烷输气管30上设置有第一数字压力表24；在所述水槽32内倒置设置有量筒33，甲烷导气管31的一端与下气缸盖贯通孔42相连通，另一端设置在量筒33内；在甲烷导气管31上设置有第二手控阀20，在第二手控阀20与下气缸盖贯通孔42之间、靠近下气缸盖贯通孔42的甲烷导气管31上设置有第二数字压力表25。
[0028] 在所述上气缸盖7的底部边缘设置有上凹槽46，在所述下气缸盖8的顶部边缘设置有下凹槽47，且上、下凹槽位置相对应；所述气缸筒6的顶部和底部分别设置在上、下凹槽内。
[0029] 所述上气缸盖7与气缸筒6通过上气缸盖螺栓11连接，下气缸盖8与气缸筒6通过下气缸盖螺栓12连接，下压头10与下气缸盖8之间通过下压头螺栓13连接。
[0030] 在所述下气缸盖8上设置有缸体液压入孔18，所述围压连接管49通过缸体液压入孔18与爆破气缸机构内部空间相连通。
[0031] 在所述上压头9的下端面和下压头10的上端面上均设置有深5mm的凹槽，所述煤体试样的两端分别设置在凹槽内。
[0032] 所述煤体试样是由高度为300mm、宽度为300mm的正六面体煤块1及厚度为50mm的混凝土保护层2构成。
[0033] 在所述高压储气罐39外部设置有过压保护装置40。
[0034] 所述爆破孔3的孔深为煤体试样高度的2/3。
[0035] 所述爆破孔3的直径为20mm。
[0036] 在所述轴压加载系统14与上气缸盖7之间的轴压加载通孔43内设置有密封圈15。
[0037] 所述封孔粘结剂5采用速凝的高强混凝土或高强树脂胶，封孔长度为爆破孔3孔深的1/3。
[0038] 所述甲烷输气管30、甲烷导气管31、围压连接管49及输气管38均为钢管。
[0039] 所述气体气源瓶35采用氮气气瓶。
[0040] 所述气爆枪4枪头置于爆破孔3孔深的1/2～2/3位置处。
[0041] 所述过压保护装置40为封闭圆筒状,采用高强度钢板包裹高压储气罐39无缝焊接而成。
[0042] 本发明采用的空压机36型号为W-2.0/400；力电感应电控阀23型号为SVY系列高压型电磁阀；高压储气罐39型号为HJL400-106～180-5.6。
[0043] 下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
[0044] 打开第一、第二手控阀，0.2～0.4MPa甲烷气体通过甲烷输气管30进入煤块1的爆破孔3中，再从煤块1内渗出，经甲烷导气管31进入水槽32中的量筒33内，水槽32和量筒33内充满水，且量筒33倒置于水槽32中，采用排水集气法可测定增透前或增透后的煤体渗透率；关闭第一、第二手控阀，打开第三手控阀21，启动三轴加载系统，缓慢同步对煤体试样三轴加载至设定轴、围压值后（轴压6MPa，围压4MPa），打开第四手控阀22，启动空压机36，气体气源瓶35内的气体被加压并输送至高压储气罐39内。当高压储气罐39内的气体压力达到预先设定值（15MPa）时，力电感应电控阀23自动打开，高压储气罐39内的高压气体经输气管38通过气爆枪4在煤块1内的爆破孔3中瞬间释放，冲击煤块1，空压机36继续压缩气体，当高压储气罐39内的气体压力再次达到预先设定值（15MPa）后，再次释放并冲击煤块1，如此循环往复冲击煤块1，使煤块1产生大量的爆生裂隙，获得预期的增透效果。
