[實用新型]二維固熱氣三場耦合物理相似模擬實驗臺

有效

• 申請號: 201320311790.6
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN203299196U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 林海飛;李樹剛;潘紅宇;趙鵬翔;魏宗勇;成連華;肖鵬;黃金星;丁洋;劉紀坤;李志梁;李昊天;孫香榮
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N15/08
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司 61100
• 代理人: 彭冬英

技術領域

本實用新型涉及相似材料的物理模擬實驗，具體是一種實驗室進行溫度場、礦山應力場及瓦斯滲流場三場耦合的物理相似模擬實驗臺。適用于各大煤炭院校、礦山開采行業科研院所需要的模擬實驗。

背景技術

物理模擬實驗是研究礦山壓力、瓦斯運移的一種有效手段，是基于相似理論、因次分析法，選用脆性相似材料制作模型的實驗室研究方法，廣泛應用于水利、采礦、地質等部門。目前，采礦行業大多數的物理模擬實驗主要涉及采場、井巷等巖體力學研究范疇，均是研究具有脆性多結構特性的巖體受力后產生彈塑性變形、位移、破碎以及巖塊的垮落、壓實等現象的。對于固熱氣耦合作用的研究也主要集中在理論分析和數值模擬方面等。對于固熱氣耦合在實驗室開展物理相似模擬實驗的較少。

發明內容

為了實現對煤層開采過程中固熱氣三場耦合集成于一個實驗臺開展實驗，本實用新型提供了一種二維固熱氣三場耦合物理相似模擬實驗臺。

本實用新型的技術解決方案如下：一種二維固熱氣三場耦合物理相似模擬實驗臺，包括實驗箱體（1）、充氣系統、應力采集系統、滲透速度測試系統和煤巖體溫度監控裝置。充氣系統由空氣壓縮機（2）、儲氣罐（5）、閥門（3）和壓力表（4）組成；應力采集系統由應力傳感器（15）、108路應力采集儀（16）和計算機（17）組成；滲透速度測試系統由空氣壓縮機（2）、閥門（3）、壓力表（4）、儲氣罐（5）、導氣管（6）及皂泡流量計（14）組成；煤巖體下伏煤巖體溫度監測裝置由恒溫硅碳加熱棒（10）、導線（9）、控溫器（8）、溫度采集儀（7）組成。實驗箱體（1）內設有煤層（12）和巖層（13），實驗箱體（1）底部鋪設高精度絕熱應力傳感器（15），并在實驗設定的煤巖層中按實驗要求鋪設硅碳加熱棒（10），實驗箱體（1）外設有測氣孔（11）、皂泡流量計（14），空氣壓縮機（2）和儲氣罐（5）與測氣孔（11）通過導氣管（6）依次連接，應力傳感器（15）依次連接108路應力采集儀（16）和計算機（17），恒溫硅碳加熱棒（10）通過導線（9）分別與控溫器（8）及溫度采集儀（7）相連。

本實用新型可測定在煤層開采過程中，煤層上覆巖層應力及卸壓瓦斯滲流速度隨采動的變化規律，還可測定瓦斯滲流過程對煤巖體溫度的影響，同時可研究改變煤巖體中恒溫硅碳加熱棒的溫度對其中卸壓瓦斯滲流速度的影響。實驗操作過程簡便，效果清楚直觀，試驗周期短，為研究保護層開采提供便利。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

具體實施方式

一種二維固熱氣三場耦合物理相似模擬實驗臺，包括實驗箱體1、充氣系統、應力采集系統、滲透速度測試系統和煤巖體溫度監控裝置，充氣系統由空氣壓縮機2、儲氣罐5、閥門3和壓力表4組成，應力采集系統由應力傳感器15、108路應力采集儀16和計算機17組成，滲透速度測試系統由空氣壓縮機2、閥門3、壓力表4、儲氣罐5、導氣管6及皂泡流量計14組成，煤巖體溫度監控裝置由恒溫硅碳加熱棒10、導線9、控溫器8、溫度采集儀7組成，實驗箱體1內設有開采煤層10和巖層13，實驗箱體1底部鋪設有高精度應力傳感器15，并在實驗設定的煤巖層中按實驗要求鋪設硅碳加熱棒10，實驗箱體1外設有測氣孔11、皂泡流量計14，空氣壓縮機2和儲氣罐5與測氣孔11通過導氣管6依次連接，應力傳感器15依次連接108路應力采集儀16和計算機15，恒溫硅碳加熱棒10用導線9分別與控溫器8及溫度采集儀7相連。

本實用新型實施過程如下：

實驗開始前，將實驗所需的相似模型及恒溫硅碳加熱棒10按實驗設計要求裝入實驗箱體1中，箱體1內設有開采煤層10和巖層13。待模型晾干后，將空氣壓縮機2、儲氣罐5、測氣孔11、皂泡流量計14用導氣管6連接，并用導線9將恒溫硅碳加熱棒10、控溫器8及溫度采集儀7相連接，測試煤巖層中溫度變化及溫度變化對其中瓦斯滲流速度的影響。然后，將應力傳感器15、108路應力采集儀16、計算機17連接完畢，用以測試實驗過程中巖層的應力變化，即可開始實驗。實驗過程中，通過開采煤層12隨工作面推進過程，對巖層應力變化、卸壓瓦斯滲流速度及煤巖體溫度變化進行測試。然后，將所得結果進行分析總結，從而研究采動過程中的熱固氣耦合規律。