[實用新型]真三軸狀態(tài)下煤與瓦斯作用的測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201220452517.0
• 申請日: 2012-09-01
• 公開（公告）號: CN202770787U
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設計）人: 王春光;蔣宇靜;王剛;陳連軍;展曉元
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N23/02
• 分類號: G01N23/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種測試裝置，尤其涉及煤與瓦斯作用的測試裝置。

背景技術

在深部煤炭資源開采過程中，煤體從三向受力狀態(tài)轉化為雙向受力、煤體的孔隙率、滲透率、熱傳導能力隨之發(fā)生變化。因此，開挖后煤層瓦斯會向采動區(qū)域流動，不僅改變煤層初始孔隙壓力，還改變煤層孔隙結構。此外瓦斯?jié)B流場的變化也可以影響地層熱流場，以溫度應力形式影響應力場分布，同時又會影響瓦斯?jié)B流場。另外，煤中的復雜孔隙結構還吸附大量氣體，環(huán)境溫度的升高或者煤孔隙壓力的降低后都會使吸附瓦斯解吸成游離態(tài)，這一過程不僅使煤基質表面物理化學性質變化，還導致孔隙壓力重新升高，更進一步影響煤孔隙結構、也能改變游離瓦斯?jié)B流場。深部采煤必然破壞煤層瓦斯?jié)B流場、地溫場與地應力場組成的動態(tài)平衡體系，只有在一定時間和空間范圍內通過質量和能量交換過程才能使整個煤-瓦斯體系重新達多物理場之間新的動態(tài)平衡。

因此，研究真三軸狀態(tài)下煤與瓦斯作用機理，是解決深部開采中煤與瓦斯突出事故的核心問題。

目前，研究煤與瓦斯作用機理，是測試煤試件外表面變形量與宏觀滲透率變化。近年來CT技術憑借無損傷檢測特點能夠定量重構掃描物體細觀結構等優(yōu)點，已經廣泛用于研究煤炭安全開采以及煤層氣工業(yè)領域中的巖石-流體耦合問題。不難發(fā)現這些CT檢測裝置僅考慮煤試件在靜壓吸附氣體，未能考慮多物理耦合作用對煤結構影響。工作面處于采動影響煤體應力狀態(tài)變化以及煤層瓦斯?jié)B流場和溫度場分布區(qū)域轉移變化，都將顯著影響到煤的力學性質。

因此很需要設計一種合理利用CT掃描技術，在實驗室內模擬真三軸狀態(tài)下煤與瓦斯作用的測試裝置。

發(fā)明內容

本實用新型目的是設計一種真三軸狀態(tài)下煤與瓦斯作用的測試裝置，該裝置在盡可能貼近工況條件下合理利用CT掃描技術，能夠測試煤-瓦斯系統在溫度場、滲流場和應力場耦合作用下，煤體細觀結構變化過程，滿足煤-氣系統變化過程中多物理參量數據的采集功能。

一種真三軸狀態(tài)下煤與瓦斯作用的測試裝置，其特征在于，它是由頂蓋、筒體和底盤組成一個密閉的筒體；所述頂蓋內設有柱腔，柱腔內安裝一個用于對煤試件施加軸向壓力的柱塞，柱塞由上、中、下三個變直徑圓柱體組成，在筒體內部對稱布置四個壓力槽，每個壓力槽內部均設置一個氣囊和一個凸形橡膠活塞；四個氣囊均設有與外部高壓氣源連接的氣體管線；柱塞內設有用于向筒體充氣的氣體管線；所述橡膠活塞的兩端設有孔洞，孔洞內安裝有聲發(fā)射傳感器，聲發(fā)射傳感器的導線連接底盤上的數據端口傳輸到外置的聲發(fā)射采集系統；所述底盤上設排氣口，排氣口上安裝排空氣閥，排氣口并連接氣體壓差變送器、氣體質量流量計和氣體數據采集儀；底盤內布置電熱絲；此外，在頂蓋內設置有溫度傳感器；頂蓋和底盤外表面設有保溫層。

以上所述的筒體和筒體內的壓力槽采用既能滿足CT掃描時x射線穿透煤試件要求、又有足夠剛度滿足力學測試的碳纖維材料。

為了保證頂蓋的氣密性，在活塞中段和上下環(huán)腔均設有密封圈。

使用時，將煤塊加工成長方體試件，在其表面粘貼應變片和溫度補償片，安置在四個凸形橡膠活塞組成的壓力室中，安裝好所有傳感器和儀表，連接所有測試導線和氣體管線，密封連接頂蓋與筒體，將柱塞連接到手動液壓泵；再將裝置固定在CT掃描臺，按設計的試驗布置進行測試，通過改變煤試件的應力狀態(tài)模擬開挖卸載過程，實時記錄煤體宏細觀結構變化信息，得到真三軸狀態(tài)下煤與瓦斯作用的模擬數據。。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為圖1的A-A視圖。

圖中：1-煤試件；2-應變片；3-橡膠活塞；4-電熱絲；5-筒體；6-壓力槽；7-聲發(fā)射傳感器；8-氣囊；9-底盤；10-氣體質量流量計；11-氣閥；12-氣體壓差變送器；13-溫度控制器；14-密封圈；15-頂蓋；16-柱塞；17-高壓氣源；18-保溫層；19-溫度傳感器；20-溫度顯示表，21-應變數據采集儀；22-聲發(fā)射采集系統；23-氣體數據采集儀。

具體實施方式