含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置的研制及应用

介绍自主研发的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,该装置主要由伺服加载系统、三轴压力室、水域恒温系统、孔压控制系统、数据测量系统以及辅助系统等6个部分组成,其最大轴压为100MPa、最大围压为10MPa、最高加热稳定温度为100℃,试件尺寸为φ50mm×100mm。该装置具有如下特点:(1)所进行的试验能反映地应力、瓦斯压力、温度等对含瓦斯煤渗透率的综合影响;(2)实现伺服液压控制加载功能,能进行多种形式的加载;(3)实现"面充气",更加逼真地反映实际煤层瓦斯源的情况;(4)设计有导向装置,实现加压活塞杆和支撑轴的对位,避免在加压过程中产生晃动,使得试件受压均匀而稳定;(5)数据采集使用更加灵敏、精确度更高的各类传感器;(6)设计有大型水域恒温系统,并安装有水域循环水泵,加热过程更加均匀;(7)具有研究含瓦斯煤渗透性、变形特性等多种功能。采用该装置进行含瓦斯煤在不同围压、不同温度条件下的渗透试验,结果表明含瓦斯煤变形存在4个阶段,其抗压强度随着围压的增加而增大;含瓦斯煤渗流流量在应力–应变过程中存在阶段性变化且随着温度的升高呈现总体减小的趋势。该装置可用于含瓦斯煤热流固耦合渗流领域的研究,为进一步深层次揭示煤层瓦斯运移规律和研究煤层瓦斯抽采技术提供理论基础。