1.一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置,其特征在于:它包括利用透明材料制成的可视化箱体(1),可视化箱体(1)上设有加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和压-驱-抽系统,加载系统、气源系统、温控系统、摄像系统和压-驱-抽系统分别与数据采集与控制系统相连接;
所述可视化箱体(1)为长方体结构,可视化箱体(1)包括箱体腔体(3)和设置在顶部的箱体盖板(2),箱体腔体(3)和箱体盖板(2)之间设有密封圈(4)并利用密封螺栓(5)固定,箱体腔体(3)后侧壁均匀开有多个用于安装多种类型传感器安装孔(10)和多功能钻孔安装孔(11),安装的传感器包括气压传感器(16)、温度传感器(22)、应力传感器(23),多功能钻孔安装孔(11)内设有多功能钻孔(25),箱体腔体(3)内的底部设有与可视化箱体(1)底部等大的多功能金属板(6),多功能金属板(6)材料为透气性较好的泡沫金属构成,多功能金属板(6)底部设有与箱体腔体外侧连通的充气口(8),充气口(8)通过管路与气源系统相连接;
所述加载系统包括设置在可视化箱体(1)的顶部箱体盖板内、箱体腔体(3)的左侧壁内和前侧壁内的多个透明加载板(12),每个透明加载板(12)上设有加载活塞(13),加载活塞(13)穿过箱体壁连通加压油缸;
所述气源系统包括高压甲烷气瓶和二氧化碳气瓶,气体压力不低于6 MPa,高压气瓶通过真空泵利用气管管路与可视化箱体(1)内的多功能金属板(6)上的充气口(8)连接,气管管路上设有流量计;
所述温控系统包括设置在多功能金属板(6)表面的热电阻丝(7),热电阻丝(7)通过多功能金属板(6)上设置的接线口(9)与温度调节装置线路连接,用于对设置在可视化箱体(1)内的煤样进行加热处理;
所述摄像系统包括设置在可视化箱体(1)一侧的高速摄像机(14),用于实时捕捉箱体内部煤层表面裂纹发育、演化特征;
所述数据采集与控制系统包括相互连接的高速数据采集板和计算机,分别采集或控制可视化箱体(1)煤体内部瓦斯压力、温度、煤体表面裂纹形态以及抽采瓦斯流量;
所述压-驱-抽系统包括设置在可视化箱体(1)的多功能钻孔(25)以及相互连接的压裂泵、流量计、柱塞泵和气相色谱仪;
在多功能钻孔安装孔(11)中设置多功能钻孔(25),所述多功能钻孔(25)尾部在可视化箱体(1)上设有外接接头(24),外接接头(24)与可视化箱体(1)的箱体壁之间设有密封垫a(15),可视化箱体(1)的箱体壁内侧与多功能钻孔(25)之间设有密封垫b(19),多功能钻孔(25)伸入煤样中的部分包括封孔段(27)和压裂段(26),多功能钻孔(25)全长0.5 m,封孔段(27)长0.15 m,压裂段(26)长0.35 m,压裂段(26)管壁周向和径向方向分布有多个透气小孔(28),透气小孔(28)孔径2 mm,间距5 mm布置,具有压裂、驱替、抽采的功能;
所述压-驱-抽系统当模拟抽采时,包括高压气瓶(29)、真空泵(30)、流量计Ⅰ(31)顺序连接,流量计Ⅰ(31)的输出端通过管路与多功能金属板(6)的充气口(8)相连接,根据实验需要选择可视化箱体(1)上的多功能钻孔(25),并通过多功能钻孔(25)的外接接头(24)与流量计Ⅱ(32)管路连接;
当模拟压裂时,包括顺序连接的高压气瓶(29)、真空泵(30)、流量计Ⅰ(31),流量计Ⅰ(31)的输出端通过管路与多功能金属板(6)的充气口(8)相连接,根据实验需要选择可视化箱体(1)上的多功能钻孔(25),并通过多功能钻孔(25)的外接接头(24)与流量计Ⅱ(32)管路连接,流量计Ⅲ(33)的出气口管路与压裂泵(36)相连接;
当模拟驱替瓦斯时,高压气瓶(29)的出口分别与真空泵(30)和柱塞泵(37)管路连接,真空泵(30)管路连接流量计Ⅰ(31),流量计Ⅰ(31)的出口与多功能金属板(6)的充气口(8)相连接,将可视化箱体(1)上最靠近充气口(8)的多功能钻孔(25)依次排序定义6个钻孔分别为A1-A6,柱塞泵(37)的出口管路通过流量计Ⅳ(34)与A1号多功能钻孔通过外接接头(24)连接,A1号多功能钻孔作为注气驱替钻孔,A2号多功能钻孔通过外接接头(24)与流量计Ⅴ(35)的进气口端连接,A2号多功能钻孔作为注气生产钻孔,流量计Ⅴ(35)的出气口端连接与气相色谱仪(38)连接;
当模拟压裂-驱替协同强化抽采时,在当模拟驱替瓦斯时的系统连接后在可视化箱体(1)上的与流量计Ⅴ(35)连接的A2号多功能钻孔上还通过管路连接有流量计Ⅲ(33),流量计Ⅲ(33)的出口通过管路连接有压裂泵(36)。
2.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置,其特征在于:所述可视化箱体(1)的材料为聚碳酸酯板构成,箱体腔体(3)尺寸为1.5*0.5*0.5 m。
3.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置,其特征在于:所述气压传感器(16)利用密封垫a(15)从可视化箱体(1)外侧的传感器安装孔(10)中插入,气压传感器(16)尾端通过数据线(20)和数据采集与控制系统连接,传感器安装孔(10)内侧设有一根延伸设置在煤样内部的PU管(18),通过调整PU管(18)开口端的位置以测试不同位置瓦斯压力,其中PU管(18)与可视化箱体(1)箱体壁之间设有PU气动接头(17)。
4.根据权利要求1所述的一种多场耦合压裂-驱替协同强化瓦斯抽采试验装置,其特征在于:所述温度传感器(22)和应力传感器(23)安装结构相同,温度传感器(22)和应力传感器(23)尾部连接的数据线(20)通过转换接头(21)和密封垫a(15)固定在可视化箱体(1)的传感器安装孔(10)中,将温度传感器(22)和应力传感器(23)头部的数据线(20)埋设在煤样中需要检测温度或应力的位置。