(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 202210896645.2 (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 中国建筑第七工程局有限公司 地址 450000 河南省郑州市经开第十五大 街267号 (72)发明人 王浩权　莫荣江　姜贵夫　董文斌　 倪堂超　 (74)专利代理 机构 郑州中鼎万策专利代理事务 所(普通合伙) 41179 专利代理师 徐文婷 (51)Int.Cl. G01N 33/24(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置及 实验方法 (57)摘要 本发明涉及隧道工程实验研究技术领域， 具 体涉及一种模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置 及实验方法， 包括实验箱 体、 隧道模型、 地质模拟 材料、 顶部加载组件和抽采组件， 所述隧道模型 密封套装在安装孔内， 在隧道模 型的内侧面为开 挖面， 在隧道模 型的外侧面布置有差动式数显位 移计、 应变式土压力盒和气体压力感应器， 在开 挖面布置有差动式数显位移 计和电阻式应变片， 地质模拟材料包括地层模拟材料和煤系模拟材 料， 所述顶部加载组件包括传力板、 反力架、 注气 口和供气泵， 抽采组件包括隔板、 抽采管和抽采 泵， 模拟不用类型隧道瓦斯地层 进行瓦斯抽放时 的工况， 从而为今后的不同类型瓦斯隧道进行瓦 斯抽放提供理论依据以及技 术支持。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 115267131 A 2022.11.01 CN 115267131 A 1.一种模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于， 包括实验箱体、 隧道模型、 地 质模拟材料、 顶部加载组件和抽采组件； 所述实验箱体的上部和侧 面分别设置有敞开口和 安装孔， 所述隧道模 型密封套装在安装孔内， 在隧道模型的内侧面为开挖面， 在隧道模型的 外侧面布置有差动式数显位移计、 应变式土压力盒和气体压力感应器， 在开挖面布置有差 动式数显位移计和电阻式应变片， 在实验箱体内设置有支撑隧道模型内端的支架， 所述地 质模拟材料包括地层模拟材料和煤系模拟材料， 所述煤系模拟材料设置在纱网内形成煤层 模型， 所述煤层 模型设置在开挖面的前方， 并在纱网与开挖面之间设置有多根抽放管， 在抽 放管的外周均布有透气孔， 所述地层模拟材料填充在煤系模型和隧道模型之间的空隙； 所 述顶部加载组件包括传力板、 反力架、 注气口和供气泵， 所述传力板与敞开口适配， 并通过 密封垫将实验箱体封闭， 传力板的后侧经施力缸安装在反力架上， 所述注气口内套装有注 气管， 注气管经阀门与供气泵连通， 所述抽采组件包括隔板、 抽采管和抽采泵， 所述隔板设 置在隧道模型内， 并与开挖面之 间形成抽采腔， 所述抽采管密封套装在隔板和隧道模型上， 抽采管的内外 两端分别与抽采腔和抽采泵连通。 2.根据权利要求1所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述隧道模 型包括主体结构和上弧盖， 所述主体结构的上部设置有开口， 其内部为中空的模 型腔， 所述 隔板从开口处伸入主体结构内， 并将模型腔分割为抽采腔和隧道腔， 所述上弧盖密封套装 在开口内。 3.根据权利要求2所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述主体结 构和上弧盖为预制模板混凝土浇筑而成， 所述隔板为亚克力板结构， 隔板与主体结构的内 腔适配， 并通过密封胶 密封在上弧盖与主体结构上。 4.根据权利要求1所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述开挖面 上设置有多个进气口， 所述纱网上设置有多个连接口， 所述抽采管 的两端套装在进气口和 连接口内， 并深入抽采腔和煤系模拟材料内， 在抽采管的前端部和外侧面设置有透气孔， 透 气孔外包覆有滤网， 所述滤网的孔径小于地层模拟材 料的粒径。 5.根据权利要求1所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述传力 板 包括左传力板、 右传力板和中传力板， 其中中传力板与煤系模拟材料对应， 左、 右传力板分 别与左右两侧的地层模拟材料对应， 左传力板、 右传力板和中传力板的外侧分别经对应的 施力缸固定在反力架上。 6.根据权利要求5所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述左传力 板和右传力板内侧经中密封座与中传力板组合密封， 所述中密封座包括U 形的座体、 分割板 和密封板， 所述密封板和分隔板分别设置在座体的上下两侧， 所述左传力板和右传力板的 内侧顶靠在密封板的两侧， 并设置有与座体两侧卡板对应的卡槽， 开槽内设置有密封垫， 卡 板密封套装在卡槽内。 7.根据权利要求6所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述供气泵 与分压器连接， 分压器的不同出 口经对应的管道分别连接左传力板、 右传力板和中传力板 的注气口。 8.根据权利要求1所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验装置， 其特征在于： 所述实验箱 体的侧壁上转动设置有转轴， 转轴的外端设置有驱动手轮， 转轴的内端固定有安装座， 安装 座的另一侧转动设置在实验箱体上， 所述 纱网匹配卡装在安装座内。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115267131 A 29.一种模拟隧道地层瓦斯抽放的实验方法， 其特 征在于， 包括如下步骤 步骤一， 对隧道模型进行加工 将数据线、 抽采管经穿孔密封套装在隧道模型内， 在隧道模型的外侧布置差动式数显 位移计、 应变式土压力盒和气体压力感应器， 在开挖面布置差动式数显位移计和电阻式应 变片， 然后将隧道模型放入实验箱体内； 步骤二， 将地层模拟材料分隔纱网按照一定角度固定于实验箱体内； 将若干气体抽放 管一端伸入并固定 于开挖面， 另一端以固定的角度插 入纱网内； 步骤三， 分别将两种地层模拟材料提前置于可充气膨胀的密闭袋子内， 将二氧化碳 ‑氮 气混合气注入两个密闭袋中， 待膨胀后密封， 将地层模拟材料与模拟混合气充分接触并混 合， 放置12小时； 步骤四， 将处理过后的煤系模拟材料放入纱网中， 地层模拟材料填充实验箱体其他空 间， 将传力板安装在实验箱体的上部进行封箱操作 步骤五， 打开气体注入阀门并打开供气泵， 向实验箱体内注入模拟气进行上覆压力模 拟； 待压力表稳定后， 关闭加压泵， 关闭各个气体注入阀门； 打开气体抽放阀门， 打开气体抽 放泵， 抽排实验箱体地层模拟材 料内的气体； 步骤六， 数据处理终端记录应变 式土压力盒、 位移计、 应变片和气体压力感应器所监测 的实时数据， 并通过显示终端动态显示。 10.根据权利要求9所述的模拟隧道地层瓦斯抽放的实验方法， 其特征在于： 所述模拟 气为45%的二氧化 碳与55%氮气的混合气。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115267131 A 3