105多场渗流与增透开发实验室

1.实验室介绍

多场渗流与增透开发实验室由自主研发的多场耦合煤岩强化注水渗流实验系统等仪器组成，在煤岩渗流力学及增透开发基础研究方面，重点开展煤岩（多孔介质）热-流-固-化耦合渗流特性实验、煤岩（多孔介质）中宏细观渗流机理及非线性渗流特性、低渗透煤层增透开发技术与相关基础实验研究等。在实验室条件下，模拟拟三轴覆压下对不同孔隙度和不同渗透率的小直径岩心在不同温度和压力条件下采用引伸计进行测量，得到圆周及轴向变形随不同覆压应力的变化规律，以及单相流体渗透率检测。能够开展煤心、岩心液测渗透率测定；采用应变检测技术，研究地层覆压与煤层岩样线性弹性变形的关系，从而研究煤岩应力随地层覆压的变化特征；可进行围压和轴压加载。本实验室研究成果为煤矿灾害防治与能源开发提供理论基础和实验依据。

岩石多场耦合渗流与增透实验系统

2仪器特色

（1）开展煤心、岩心液测瞬态、稳态渗透率测定

（2）采用应变检测技术，研究地层覆压与煤层岩样线性弹性变形的关系，从而研究煤岩应力随地层覆压的变化特征

（3）可进行围压和轴压梯度加载

（4）可进行孔隙水压恒压、恒流、循环波形加载

主要技术性能参数：

（5）模拟高温: 120°C ，误差：≤±2℃

（6）模拟高压：围压70MPa，孔压50MPa，误差：≤1%

（7）具备流体驱替的能力，驱替流量可控和可测

（8）岩芯尺寸：直径25mm、长度50mm；直径50mm、长度100mm；

（9）渗透率测量的范围是最小值不大于0.01 md ，误差：≤10%。

107岩石渗流力学实验室

1.实验室介绍

岩石渗流力学实验室配有岩石气/液渗流过程测试仪，采用半约束控制，模拟煤层真实约束条件。该测试仪用于测量气体驱替煤层气中的气体吸附量、煤岩胀缩变形、渗透系数等力学特性参数，可进行多组分气体吸附试验、多组分气体溶流试验、岩石物理场耦合模拟、多组气体和岩石吸附渗透、力学耦合试验。测试仪能够实现地表到地下2km的煤层实际温度、应力、压力条件，还能够将高低温流变三轴试验与吸附量及渗透系数测量装置集于一体，同时测量多场耦合特性。目前气体运移引起煤体结构变形是研究煤层气抽采、煤与瓦斯突出和温室气体地质封存的关键问题。岩石渗流力学实验室主要通过对岩石样品施加不同应力与温度，模拟岩层的地质赋存条件，来研究气体渗流与扩散过程对煤骨架变形影响，研究成果可以为煤层气运移、瓦斯抽采机理研究提供实验依据，对准确预测煤层渗透率的演化有重要意义。

岩石气/液渗流过程测试仪

2.仪器特色

（1）该用于测量气体驱替煤层气中的气体吸附量、煤岩胀缩变形、渗透系数、力学特性参数

（2）可进行多组分气体吸附试验、多组分气体溶流试验、岩石物理场耦合模拟、多组气体和岩石吸附渗透、力学耦合试验

（3）将高低温流变三轴试验与吸附量及渗透系数测量装置集于一体，同时测量多场耦合特性；能施加地表到地下2km的煤层实际温度、应力、压力条件。采用半约束控制，模拟煤层真实约束条件

108 煤层注水及瓦斯防治实验室

1.实验室介绍

由煤层注水及瓦斯防治实验室自主研发的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置以及煤层注水实验测试系统，能对三向应力环境下煤岩的损伤变形、瓦斯渗流情况、含瓦斯煤体动力水侵特征及水对煤层渗流的影响机制进行研究。为了更真实的模拟煤岩在掘进巷道迎头等环境下的应力状态，进一步完善煤与瓦斯突出机理，本实验室研制了真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，该装置可以实现三向不等应力加载与渗流实验的同时进行，并且实现了加载过程中σ₁和σ₂方向的独立刚性应力加载。而煤层注水实验测试系统能够进行含瓦斯煤层的高压注水驱气及钻孔径向瓦斯渗流实验，实现含瓦斯煤层注水动力参数及不同注水条件下煤体径向瓦斯渗流特征参数的实时监测。本实验室的研究成果，能够为现场水力化钻孔增透抽采技术及煤与瓦斯突出机理的完善提供理论基础和实验依据。

真三轴流固耦合煤体渗流试验装置

煤层注水实验测试系统

2仪器特色

2.1真三轴流固耦合煤体渗流试验装置

（1）实现了三向不等应力加载的同时进行渗流实验：采用两刚一柔的应力加载方式，进行应力加载的同时气体渗流系统可以提供密闭条件下的渗流气体，进而实现了真三轴应力环境下的气体渗流

（2）实现加载过程中σ₁和σ₂方向的独立刚性应力加载：设计了刚柔性结合的侧压头

（3）动力源：采用液压伺服系统，配有恒速恒压计量泵，该泵具有恒流、恒压两种工作模式，伺服系统自动控制泵的运行，实现了恒压、恒流模式下应力的稳定加载

2.2煤层注水实验测试系统

（1） 实现大尺寸煤样（原煤/型煤）的煤层注水实验，同时实现含瓦斯煤体的高压注水及径向瓦斯渗流实验功能

（2） 实验系统主体满足承载覆压为18MPa，并实现电液伺服控制加载覆压。工作室直径为400mm，工作室耐压为10MPa

（3） 实现高压注水煤体瓦斯解吸量的实时监测，气体质量流量计压力为10MPa，流量0-500ml/min，计量精度为2%

（4） 实现压力流量的实时监测。数据采集频率为1000Hz，压力传感器量程分别为16MPa、25MPa，精度为0.05MPa

111跨尺度岩芯扫描实验室

1.实验室介绍

跨尺度岩心扫描成像系统由X射线源、X射线成像探测器、精密样品台、图像采集系统、三维图像重建和处理系统等组成，是具有超高分辨率的无损伤三维全息显微成像设备。该系统采用独特的X光光学显微成像技术，利用不同角度的X射线透视图像，结合计算机三维数字重构技术，提供样品内部复杂结构的高分辨率三维数字图像，对样品内部的微观结构进行亚微米尺度上的数字化三维表征，以及对构成样品的物质属性进行分析，可以无损实时的观察岩石材料微细观力学性质及结构演化过程，同时也能实现对岩石材料内部断裂演化过程及裂纹传播特征的宏观记录。

跨尺度岩心扫描成像系统对于从微观上摸清煤岩力学特性，为巷道支护、采掘设计、冲击地压与顶底板水害防治，研究煤岩水压致裂技术以及煤矿瓦斯抽采、煤层注水和煤炭自燃等具有重要意义。

2 仪器特色

（1）采用非传统成像放大技术实现高分辨率显微成像；

（2）精密四轴样品台提供亚微米样品自动定位和扫描；

（3）具有多种扫描模式和重建算法，支持样品二维透视成像、圆轨迹锥束三维测试、样品局部三维成像、有限角锥束三维成像；

（4）独特的数据预校正方法，可有效消除透视图像的非一致性、重建CT图像中的环状伪影；

（5）系统标定简单。可自动获取扫描系统中射线源焦点、探测器、样品转台之间的所有几何位置参数，精确重建三维CT图像；

（6）先进的软件开发理念，支持特殊应用软件的二次开发。

3实验功能

可实现CT扫描、螺旋扫描、连续扫描、DR扫描，最小扫描精度为0.5微米，同时可进行数字岩心重构与分析。

118 A 矿井突水行为研究实验室

1.实验室介绍

由矿井突水行为研究实验室自主研发的岩石应力-渗流耦合真三轴试验系统，能够提供深部高应力、高水压的加载环境以及独立伺服控制的三维应力。利用声发射系统对大尺寸试件在高三维应力和高水压作用下的裂隙演化过程进行实时跟踪和准确定位，研究岩体裂隙的扩展演化规律和破裂过程的声发射行为特征，系统实现了全数字化的数据采集过程，可以开展的试验主要有：裂隙岩体的应力-渗流耦合真三轴试验；岩层组合的裂隙扩展演化试验；破碎岩体高压水渗流试验；裂隙岩体高压水致裂试验和三轴卸荷条件下裂隙岩体的力学特性和渗透性能试验。声发射裂隙定位实时监测系统由声波监测分析系统、声波探头和声波换能器等组成，可以实时记录裂隙扩展的声发射信号，追踪和准确定位裂隙的扩展路径。当试件发生瞬时破坏时，系统能按设定的保护程序自动停止加载。本实验室通过对岩体裂隙的扩展演化规律及破裂过程进行研究，研究成果可以为矿井突水灾害的防治提供了理论基础及实验依据。

岩石应力-渗流耦合真三轴试验系统

声发射裂隙定位实时监测系统

2仪器特色

（1）真三轴系统：可以实现3个方向的独立三维应力加载及变形位移测量，通过调节伺服控制器改变三维主应力的大小以实现真三轴试验，施加的最大轴向荷载为1600kN，最大侧向荷载分别为1000kN和500kN，荷载加载速率最小、最大分别为0.01kN/s和100kN/s

（2）大尺寸：可以对大尺寸试件进行加载试验，试件尺寸有：400mm×200mm×200mm、300mm×150mm×150mm和200mm×100mm×100mm

（3）高渗透水压：可以提供的最大密封渗透水压力为5MPa，渗透压力的稳压时间为10d，流量测量范围为0.001~2mL/s，相关测控精度达示值的±1%

（4）声发射监测跟踪：声波监测子系统由声波监测分析系统、声波探头和声波换能器等组成，通过美国PAC公司生产的PCI-2声发射系统，在加卸载试件的过程中通过传感器实时监测岩石内部产生的微裂隙，并将其转化为电信号传输到电脑上，实时记录裂隙扩展的声发射信，利用声波监测对裂隙扩展过程进行分析和定量描述

118 B 矿井突水行为研究实验室

1实验室介绍

由矿井突水行为研究实验室自主研发的采动煤层底板突水相似模拟试验系统，能够模拟高水压和高应力用下的底板岩体破裂演化过程，通过监测底板突水通道演变过程中的多场信息，获得深部高承压水上底板突水致灾的演化规律和内在机制，能够开展深部承压水上底板突水方面的相似模拟试验。试验系统主要由4个子系统组成：试验台系统、伺服加载系统、水压控制系统和智能监测系统。采动煤层底板突水相似模拟试验系统克服以往试验台可视度低、保压性弱、自动化程度低的问题，具有可靠性、多样性和全过程等特点，系统体积小、精度高、操作简便，适用于深部开采突水物理模拟及相关岩体固流耦合等问题的研究。本实验室通过对突水致灾的演化规律及岩体固流耦合等问题进行研究，为矿井突水灾害的防治提供了理论基础及实验依据。

采动煤层底板突水相似模拟试验系统

伺服加载系统垂直加载系统

伺服加载系统侧向加载系统

模型铺设成型实物图

2仪器特色

（1）试验台最大可达900mm×500mm×800mm（长×宽×高）；可以施加竖向和侧向最大载荷均为300kN；作动器最大行程达200mm（竖向）和400mm（侧向）；荷载加载速率最小、最大分别是0.01kN/s和100kN/s，位移控制加载速率最小和最大分别为0.01mm/min和100mm/min

（2）系统具有位移控制和载荷控制两种加载方式

（3）系统在模型试验台水箱上部出水孔处均匀安置96个光纤传感器，利用电脑软件实现了应力、位移和水压等数据的实时采集

（4）系统可以提供的最大注水压力为1.5MPa

118 D 采动应力实验室

1实验室介绍

由采动应力实验室自主研发的采动应力试验系统，能够进行采动应力演化过程中煤岩体不同区域变形和破坏规律的试验研究以及大尺度煤岩体非均布加载的试验研究，并且能够实时监测加载过程中裂纹扩展信息，进行三维定位，展示试样在不同受力条件和破坏条件下的裂纹特征。采动应力试验系统能够通过全数字闭环控制系统对煤体不同位置的载荷进行独立加载，同时实时记录加载过程中应力显现特征，自动识别试件破坏状态，模拟采动应力演化过程。试验系统加载试件尺寸较大，能够较好的模拟采动应力作用下煤岩损伤力学特征。本实验室对采动应力演化过程中煤岩体不同区域变形和破坏规律以及大尺度煤岩体非均布加载的试验进行研究，为从采动应力场演化-煤岩体劣化过程耦合、宏观应力应变-细观损伤过程耦合的角度研究分析煤岩体变形破坏特征提供科学准确的基础数据。

                   采动应力试验系统             声发射信息监测系统

2仪器特色

2.1采动应力试验系统

（1）垂向非均布独立加载。通过全数字闭环控制系统对煤体不同位置的载荷进行独立加载，同时实时记录加载过程中应力显现特征，自动识别试件破坏状态，模拟采动应力演化过程

（2）模拟复杂采动力学条件。垂向加载压力范围为60MPa，水平加载压力范围为0~20Mpa，通过力学加载组合，模拟不同初始采动力学环境

（3）加载试件尺寸较大。最大试件加载尺寸为200mm×200mm×500mm，能够较好的模拟采动应力作用下煤岩损伤力学特征

2.2声发射信息监测系统

（1）主机外参数：系统可支持16个外参数输入

（2）非频域声发射特征：可实时提取至少14个非频域特征，即：到达时间、幅度、能量、持续时间、上升时间、振铃计数、峰值计数、初始频率、平均频率、反算频率、RMS、ASL、信号强度、绝对能量

（3）频域声发射特征：可实时提取6个频域特征，频率中心矩、峰值频率、4个局域功率谱能量

225气体粉尘爆炸实验室

1实验室介绍

气体粉尘爆炸实验室配有煤尘爆炸性鉴定分析系统、粉尘爆炸特性测试系统、粉尘云着火温度测定系统、粉尘云着火能量测定系统、粉尘层着火温度测定系统、可燃气体爆炸极限试验装置、爆炸传播管道实验系统、煤的自燃倾向性测定仪等系统设备。煤尘爆炸性鉴定分析系统是对开采矿层和地质勘探煤层进行煤尘爆炸性鉴定的专用装置，它具有结构简单，使用方便、 直观、快速等特点；粉尘爆炸特性测试系统主要用来测试悬浮在空气中的爆炸性煤尘（粉尘）云常压状态下的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸下限浓度；粉尘云着火温度测定系统主要用来测定悬浮在空气中的煤尘（粉尘）云的最低着火温度；粉尘云着火能量测定系统主要用来测定悬浮在空气中的煤尘（粉尘）的最小着火能量；粉尘层着火温度测定系统主要用来测定沉积粉尘的最低着火温度；可燃气体爆炸极限试验装置用于测试可燃气体、挥发性液体饱和蒸汽与空气组成的混合物遇火源发生爆炸的最低浓度（或最高浓度），评价可燃性气体、挥发性液体饱和蒸汽潜在爆炸危险性；爆炸传播管道实验系统是用来研究可燃气体爆炸压力、火焰传播规律的设备；煤的自燃倾向性测定仪可以对煤自燃倾向性进行鉴定。本实验室可以进行工业气体粉尘爆炸预防控制研究，也可以进行工业气体粉尘爆炸性质的检测，研究成果可以为工业气体粉尘爆炸理论和爆炸抑制机理的完善以及工业气体粉尘爆炸预防控制方法提供理论基础和实验依据。

2仪器特色

2.1煤尘爆炸性鉴定分析系统

（1）大管状煤尘爆炸性鉴定分析系统是对开采矿层和地质勘探煤层进行煤尘爆炸性鉴定的专用装置；

（2）通过测定粉尘云骤然接触一定温度时有无燃烧火焰及火焰长度来判断粉尘的爆炸性及危险程度；

（4）装置主要由：造尘云系统、燃烧系统、通风排烟除尘系统、箱体系统四部分组成；

（5）鉴定时将试样装入试样管内，由高压气将试样沿试样管吹入玻璃管造成尘云，有爆炸性的尘云遇到大玻璃管内的加热器后燃烧，爆炸后的气体、粉尘由吸尘器经弯管吸入滤尘箱和吸尘器。

2.2粉尘爆炸特性测试系统

仪器特色：

（1）该系统主要用来测试悬浮在空气中的爆炸性煤尘（粉尘）云常压状态下的最大爆炸压力、最大爆炸压力上升速率、爆炸下限浓度；

（2）利用高压分散相将粉尘在爆炸容器内形成悬浮粉尘云，通过化学点火药头点燃粉尘云并发生爆炸，并由传感器实时采集爆炸过程的压力信号，整个过程由爆炸控制系统自动控制和记录；

（3）人机交互界面，通过电脑集成控制和数据采集功能。

2.3粉尘云着火温度测定系统

仪器特色：

（1）该装置主要用来测定悬浮在空气中的煤尘（粉尘）云的最低着火温度；

（2）用高压空气将粉尘喷入粉尘云着火装置内，当通过加热炉设定的热环境后，在热管末端观察粉尘云的着火爆炸情况；

（3）该装置主要由空气压缩机、加热炉、粉尘云着火温度测定仪、热电偶、储气罐、电磁阀及管路和线路组成。

2.4粉尘云着火能量测定系统

仪器特色：

（1）该装置主要用来测定悬浮在空气中的煤尘（粉尘）的最小着火能量；

（2）用高压空气将管道底部的沉积粉尘喷入哈特曼装置形成粉尘云，用电火花将粉尘云点爆，观察粉尘云的着火爆炸情况；

（3）该装置主要由哈特曼装置、电火花能量发生器、空气压缩机、电磁阀及管路和线路组成。

2.5粉尘层着火温度测定系统

仪器特色：

（1）该装置主要用来测定沉积粉尘的最低着火温度；

（2）将粉尘均匀铺在恒温板热的表面上，粉尘层受热传导作用后温度缓慢上升，达到着火点后煤尘自然，用肉眼观察和用热电偶测试并记录粉尘层的着火爆炸情况；

（3）该装置主要由粉尘层最低着火温度装置、温度测控仪、热电偶和线路组成。

2.6可燃气体爆炸极限试验装置

仪器特色：

（1）本装置集先进的机械技术、嵌入式技术及计算机技术于一体，用于测试可燃气体、挥发性液体饱和蒸汽与空气组成的混合物遇火源发生爆炸的最低浓度（或最高浓度），评价可燃性气体、挥发性液体饱和蒸汽潜在爆炸危险性；

（2）试验过程中的自动恒温、抽真空、气体自动比例配气、自动搅拌、自动点火、自动爆炸检测均由装置自动完成；

（3）计算机无线监控，监控距离大于50米，无线视频监控/摄录。

2.7爆炸传播管道实验系统

仪器特色：

（1）该系统是用来研究可燃气体爆炸压力、火焰传播规律的设备；

（2）将钢制爆炸管道内充入一定浓度的可燃气体-空气混合气体，通过点火系统点爆可燃气体，爆炸形成的冲击波和火焰沿管道传播，通过高速数据采集系统采集爆炸压力和火焰信号；

（3）该系统主要由爆炸管道主体、高速数据采集系统、点火系统、底座支架等组成。

2.8煤的自燃倾向性测定仪

仪器特色：

（1）分析自动化，整过过程计算机控制。一次可完成4个煤样的测定，可根据需要扩展至8路同时保证自动化控制；

（2）一键自动控制升温降温，无需操作员人工即时操作，使用更为人性化；

（3）高性能联体阀和六通阀，高气密性和低死体积确保测定结果准确可靠。

221 矿山防尘实验室

矿山防尘实验室配有徕卡三维显微镜，DSA100测量仪以及SSA-4000测试系统等设备。徕卡三维显微镜能够实现二维定量测量和三维扫描轮廓测量。在二维定量测量中，可以实时精确的测量所有二维平面几何量，并且可以快速合成图片自动进行多平面叠加以及对图像实行拼接和实时分屏对比。在三维扫描轮廓测量中，能够对固体样品表面状态进行定性、定量测量，比如各种表面特征的大小测量。同时，实验室配备的光学接触角测量仪DSA100具有新一代的接触角测量系统，该系统独特的液滴观测角的调正技术，可以随时观测液滴的形态。DSA100测量仪具有30,000余种不同的配置,任何需要和在自动化控制上的要求都可瞬间实现。SSA-4000系列测试系统以气体吸附容积法测试原理基础，可以测定BET比表面积、吸附及脱附等温线、孔面积分析等数据。矿山防尘实验室能够对矿尘灾害进行微观基础性实验研究，研究成果能够为我国煤矿的矿尘防治工作提供多种方法和理论依据。

1.实验室介绍：

徕卡三维显微镜

仪器特色：

能够实现二维定量测量和三维扫描轮廓测量

可以实时精确的测量所有二维平面几何量，并且可以快速合成图片自动进行多平面叠加以及对图像实行拼接和实时分屏对比

能够对固体样品表面状态进行定性、定量测量，比如各种表面特征的大小测量

可与Leica显微镜的VZ变焦镜头相结合,包含了放大倍率范围从35x到2500x的VZ700C

德国KRUSS光学接触角测量仪DSA100

仪器特色：

该系统独特的液滴观测角的调正技术，随时可以观测液滴的形态DSA100测量仪具有30,000余种不同的配置,任何需要和在自动化控制上的要求都可瞬间实现创新的软件设计支持用户在任何时间都可以运行事先设定好的程序或模块。