[發明專利]煤巖沖擊實驗的瓦斯密封裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201310287479.7
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN103323328A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 謝廣祥;殷志強;王磊;胡祖祥
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02;G01N3/30
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 王菊珍

技術領域

本發明屬于煤巖力學特性測試技術領域，更具體地，涉及一種富含瓦斯煤巖氣固耦合狀態沖擊加載實驗的試樣瓦斯密封裝置及實驗方法。

背景技術

在地下煤炭資源的開采過程中，煤巖處于富含瓦斯狀態，回采時大量使用機械化綜采割煤機對煤巖進行破碎，同時采空區頂板周期跨落對工作面含瓦斯煤巖體帶來動力加載，這就需要掌握含瓦斯煤巖的動態力學特性。這些動態力學特性通常是通過實驗室開展各類沖擊實驗來獲得，目前應用較廣泛而且結果比較可靠的沖擊實驗系統是SHPB（split?Hopkinson?pressure?bar，分離式霍普金森壓桿）裝置，以及由此改進的各種變形裝置。

傳統的SHPB實驗中，所測試試樣往往是暴露在空氣之中，煤巖中賦存的瓦斯暴露空氣中將發生瓦斯解吸作用，導致煤巖試樣內瓦斯氣體脫離，試樣內幾乎不再含有瓦斯氣體。然而，我國煤層大部分是含有豐富瓦斯(主要是甲烷CH4)的石炭二疊紀的煤層，隨著煤炭資源回采深度的不斷增加，煤巖體瓦斯含量也呈增加趨勢，未開采煤體處于富含瓦斯狀態，在地下深處的瓦斯壓力可達10MPa以上，煤巖體內瓦斯含量遠遠高于傳統實驗試樣中瓦斯含量，其力學特性也與傳統實驗結果又較大差別。當開采煤層瓦斯含量較少時，無瓦斯吸附的煤巖力學實驗結果應用與采礦工程設計和施工比較合理，而當進入深部高瓦斯賦存煤層開采時，在高瓦斯壓力吸附環境下，含瓦斯煤巖體的力學特性與傳統實驗結果具有明顯區別。相關研究表明：淺部開采時所確定的礦井類型，當進入深部開采后，礦井的類型也發生轉變的現象。主要表現在以下四個方面：(1)硬巖礦井向軟巖礦井的轉化；(2)低瓦斯礦井向高瓦斯礦井的轉變；(3)非突礦井向突出礦井的轉變；(4)非沖擊礦井向沖擊礦井的轉變。引起礦井轉型的根本原因在于進入深部開采后由于地質力學環境的改變引發深部煤巖、瓦斯特性的轉化。地下煤炭資源開采過程中，煤層中的煤巖都是處于富含瓦斯狀態，煤巖瓦斯是影響煤礦是否發生煤與瓦斯動力災害的重要因素之一，其含瓦斯煤巖沖擊力學特性與傳統不含瓦斯狀態截然不同。因此，研制相應的煤巖與瓦斯密封裝置進行富含瓦斯煤巖的沖擊力學特性實驗成了當前煤巖力學領域亟待開展的工作。

專利號為CN201120313333.1的中國實用新型專利公開了一種含瓦斯煤氣固耦合參數測試儀，由供氣單元、抽真空單元、監測單元和控制單元構成；設置抽真空單元對整個氣路系統及巖石力學實驗系統和煤樣進行抽氣，使整個系統處于為真空狀態；采用電磁控制閥實施自動監測控制；采用輸出壓力變送器和位移監測器實施實驗參數的測量；采用監控中心、計算機和打印機實施對實驗參數的監測、控制和數據輸出。但是，該含瓦斯煤氣固耦合參數測試儀僅能開展靜態準靜態加載的實驗而無法針對動態加載的情形開展實驗。

發明內容

在發展相對成熟的SHPB實驗裝置上開展富含瓦斯煤巖動力學實驗，首先要解決的是實驗過程煤巖試樣的瓦斯吸附耦合及氣密封問題。本發明以SHPB裝置為基礎，發明實驗過程確保試樣不離開瓦斯氣體的密封裝置，提供相應關鍵技術和產品，在SHPB上開展動態加載實驗。

本發明所要解決的技術問題是提供一種能實現煤巖試樣不離開瓦斯氣體，保證煤巖試樣瓦斯含量，保證試樣與入射桿、透射桿精確對齊的用于富含瓦斯煤巖沖擊實驗的試樣瓦斯密封裝置。

為解決上述技術問題，根據一方面，本發明提供了一種富含瓦斯煤巖氣固耦合狀態沖擊實驗的試樣瓦斯密封裝置，包括支座、瓦斯氣密封倉、密封倉蓋、透射桿連接端頭、入射桿連接端頭、透射桿、入射桿、O型密封圈、YX型密封圈、入射桿連接端頭與倉蓋固定螺栓、透射桿連接端頭與密封倉固定螺栓、進氣孔、出氣孔、電磁調節控制閥、進氣調節氣閥、瓦斯氣罐、出氣氣閥、抽氣泵、高頻瓦斯氣壓傳感器、超動態壓力采集儀、瓦斯壓力監控儀、計算機、平衡調節螺栓，以及固定螺栓，其特征在于：支座上設有瓦斯氣密封倉和在瓦斯氣密封倉的一端的可拆卸的密封倉蓋，在瓦斯氣密封倉和密封倉蓋連接處設有密封圈和密封倉蓋固定螺栓，在瓦斯氣密封倉和密封倉蓋軸向中心位置分別開有空孔，兩個空孔處分別設有透射桿連接端頭和入射桿連接端頭，透射桿連接端頭與透射桿相連，入射桿連接端頭與入射桿相連，在瓦斯氣密封倉、密封倉蓋與透射桿連接端頭、入射桿連接端頭連接處設有O型密封圈和YX型密封圈、入射桿連接端頭與倉蓋固定螺栓及六個透射桿連接端頭與密封倉固定螺栓，在密封倉蓋上設有進氣孔和出氣孔，進氣孔通過電磁調節控制閥通過進氣調節氣閥與瓦斯氣罐連接，出氣孔通過出氣氣閥與抽氣泵連接，在瓦斯氣密封倉上部中心位置設有高頻瓦斯氣壓傳感器通過超動態壓力采集儀通過瓦斯壓力監控儀與計算機相連，在支座下部四角設有調平裝置和固定裝置。