煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统及方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下实验技术领域，尤其涉及一种煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统及方法。

背景技术

为了研究对井下煤岩体进行水力压裂后，瓦斯抽采的压力和含量的变化情况，国内外学者已经做了诸多的现场研究，一种是井上水力压裂增透，另一种是井下水力压裂提高瓦斯抽采率，现场研究未能充分对影响水力压裂效果的各个因素进行研究，故实验室模拟水力压裂实验得到了发展，目前实验室模拟水力压裂实验多是模拟研究沿着轴向压力方向打钻的井上水力压裂增透，取得了诸多价值较高的结论和规律，井下水力压裂已成为提高瓦斯抽采率的重要手段，对提高瓦斯抽采率具有重要作用；

然而现有的模拟系统和方法不能满足不同的井下压力条件，对沿着巷帮打孔的井下水力压裂实验实验室模拟系统和方法研究相对简单而且较少。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在模拟系统和方法不能满足不同的井下压力条件，对沿着巷帮打孔的井下水力压裂实验实验室模拟系统和方法研究相对简单而且较少的缺点，而提出的煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统及方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统，包括底板，所述底板的顶部固定安装有模拟座，模拟座的顶部开设有多个模拟槽，多个模拟槽内均安装有固态储层，多个固态储层内均开设有调节腔，模拟座的两侧均固定安装有侧板，两个侧板的顶部固定安装有同一个顶板，所述顶板的底部固定安装有多个高压泵，多个高压泵的出水口上均固定安装有注水管，注水管固定连接在对应的固态储层内，多个调节腔内均滑动安装有调节板，所述顶板的顶部固定安装有混合箱，多个高压泵的进水管均固定连接在混合箱内，混合箱的顶部内壁上开设有两个连接孔，两个连接孔内均转动安装有搅拌杆，两个搅拌杆均转动安装在混合箱内，两个搅拌杆的顶端均固定安装有齿轮，所述混合箱的顶部固定安装有连接座，连接座的一侧开设有固定孔，固定孔内滑动安装有齿条，齿条与两个齿轮啮合，齿条的一端转动安装有转轮，所述混合箱的一侧固定安装有第一电机，第一电机的输出轴上固定连接有偏心轮，偏心轮与转轮相接触。

优选的，所述固态储层的顶部开设有移动孔，移动孔内滑动安装有螺杆，螺杆的底端固定连接在调节板的顶部，螺杆上螺纹连接有第一带轮，第一带轮转动连接在固态储层上。

优选的，所述模拟座的顶部开设有电机槽，电机槽内固定安装有第二电机，第二电机的输出轴上固定套接有第二带轮，第二带轮与第一带轮上啮合有同一个皮带。

优选的，所述固定孔的内壁上开设有两个滑槽，齿条的两侧均固定安装有滑块，滑块滑动连接在对应的滑槽内，两个滑块的一侧均固定连接有弹簧，弹簧的一端固定连接在对应的滑槽的内壁上。

优选的，所述齿条的一端开设有凹槽，转轮转动连接在凹槽内，转轮在凹槽内转动，可以稳定转轮转动时的位置。

煤矿井下水力压裂实验实验室模拟方法，模拟方法包括：

S1：将水和压裂液注入混合箱内，第一电机带动偏心轮转动，偏心轮挤压转轮，转轮在偏心轮上转动，转轮带动齿条移动，齿条在固定孔内滑动，使得齿条带动滑块在滑槽内滑动，滑块挤压弹簧；

S2：弹簧的弹性作用带动齿条复位移动，使得齿条来回移动并带动两个齿轮来回转动，齿轮带动对应的搅拌杆来回转动，两个搅拌杆对混合箱内的液体进行充分混合搅拌；

S3：启动多个第二电机，第二电机带动对应的第二带轮转动，第二带轮通过皮带带动第一带轮转动，第一带轮带动螺杆移动，螺杆带动调节板在调节腔内移动，调节板挤压调节腔内的气体压力，多个调节板的移动距离不同，不同的模拟槽内的压力不同；

S4：开启多个高压泵，高压泵将混合箱内混合好的压裂液输送进对应的注水管内，注水管将压裂液输送到对应的固态储层中，可观察多个模拟槽内的固态储层在不同压力下的裂隙状态，还可对不同的模拟槽内注入不同含量的瓦斯，并观察固态储层在不同含量的瓦斯下的裂隙状态，真实地模拟出煤矿井下煤岩体所受地应力情况。

本发明的模拟系统和方法能模拟并满足不同的井下压力条件，对打孔的井下水力压裂实验实验室模拟系统和方法研究相对丰富，实验结果更加具有参考性与辅助性。

附图说明

图1为本发明提出的主视结构示意图；

图2为本发明提出的A部分结构示意图；

图3为本发明提出的B部分结构示意图；

图4为本发明提出的C部分结构示意图。

图中：1、底板；2、模拟座；3、模拟槽；4、侧板；5、顶板；6、高压泵；7、注水管；8、调节腔；9、混合箱；10、搅拌杆；11、齿轮；12、连接座；13、齿条；14、滑块；15、弹簧；16、转轮；17、第一电机；18、偏心轮；19、调节板；20、螺杆；21、第一带轮；22、第二带轮；23、第二电机；24、皮带。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

除非别作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。

参照图1-4，煤矿井下水力压裂实验实验室模拟系统，包括底板1，底板1的顶部固定安装有模拟座2，模拟座2的顶部开设有多个模拟槽3，多个模拟槽3内均安装有固态储层，多个固态储层内均开设有调节腔8，模拟座2的两侧均固定安装有侧板4，两个侧板4的顶部固定安装有同一个顶板5，顶板5的底部固定安装有多个高压泵6，多个高压泵6的出水口上均固定安装有注水管7，注水管7固定连接在对应的固态储层内，多个调节腔8内均滑动安装有调节板19，顶板5的顶部固定安装有混合箱9，多个高压泵6的进水管均固定连接在混合箱9内，混合箱9的顶部内壁上开设有两个连接孔，两个连接孔内均转动安装有搅拌杆10，两个搅拌杆10均转动安装在混合箱9内，两个搅拌杆10的顶端均固定安装有齿轮11，混合箱9的顶部固定安装有连接座12，连接座12的一侧开设有固定孔，固定孔内滑动安装有齿条13，齿条13与两个齿轮11啮合，齿条13的一端转动安装有转轮16，混合箱9的一侧固定安装有第一电机17，第一电机17的输出轴上固定连接有偏心轮18，偏心轮18与转轮16相接触。

本实施例中，固态储层的顶部开设有移动孔，移动孔内滑动安装有螺杆20，螺杆20的底端固定连接在调节板19的顶部，螺杆20上螺纹连接有第一带轮21，第一带轮21转动连接在固态储层上。

本实施例中，模拟座2的顶部开设有电机槽，电机槽内固定安装有第二电机23，第二电机23的输出轴上固定套接有第二带轮22，第二带轮22与第一带轮21上啮合有同一个皮带24。

本实施例中，固定孔的内壁上开设有两个滑槽，齿条13的两侧均固定安装有滑块14，滑块14滑动连接在对应的滑槽内，两个滑块14的一侧均固定连接有弹簧15，弹簧15的一端固定连接在对应的滑槽的内壁上。

本实施例中，齿条13的一端开设有凹槽，转轮16转动连接在凹槽内，转轮16在凹槽内转动，可以稳定转轮16转动时的位置。

煤矿井下水力压裂实验实验室模拟方法，模拟方法包括：

S1：将水和压裂液注入混合箱9内，第一电机17带动偏心轮18转动，偏心轮18挤压转轮16，转轮16在偏心轮18上转动，转轮16带动齿条13移动，齿条13在固定孔内滑动，使得齿条13带动滑块14在滑槽内滑动，滑块14挤压弹簧15；

S2：弹簧15的弹性作用带动齿条13复位移动，使得齿条13来回移动并带动两个齿轮11来回转动，齿轮11带动对应的搅拌杆10来回转动，两个搅拌杆10对混合箱9内的液体进行充分混合搅拌；

S3：启动多个第二电机23，第二电机23带动对应的第二带轮22转动，第二带轮22通过皮带24带动第一带轮21转动，第一带轮21带动螺杆20移动，螺杆20带动调节板19在调节腔8内移动，调节板19挤压调节腔8内的气体压力，多个调节板19的移动距离不同，不同的模拟槽3内的压力不同；

S4：开启多个高压泵6，高压泵6将混合箱9内混合好的压裂液输送进对应的注水管7内，注水管7将压裂液输送到对应的固态储层中，可观察多个模拟槽3内的固态储层在不同压力下的裂隙状态，还可对不同的模拟槽3内注入不同含量的瓦斯，并观察固态储层在不同含量的瓦斯下的裂隙状态，真实地模拟出煤矿井下煤岩体所受地应力情况。

本发明相对现有技术获得的技术进步是：本发明的模拟系统和方法能模拟并满足不同的井下压力条件，对打孔的井下水力压裂实验实验室模拟系统和方法研究相对丰富，实验结果更加具有参考性与辅助性。