[實用新型]受載煤破裂過程中氡氣析出測定裝置

有效

• 申請號: 201420514784.5
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN204116333U
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發明（設計）人: 魏建平;李恩福;姚邦華;溫志輝;王曉川;付啟超;劉建磊
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N33/22
• 分類號: G01N33/22
• 代理公司: 鄭州立格知識產權代理有限公司 41126
• 代理人: 涂連梅

技術領域

本實用新型涉及一種研究煤礦開采過程中煤體氡析出規律的試驗裝置。

背景技術

我國煤層賦存地質條件復雜，煤與瓦斯突出、沖擊礦壓、冒頂等煤巖動力災害嚴重，給國家和人民的生命財產安全造成了極大的危害。隨著礦井向深部開采，地應力和瓦斯壓力增大，煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等煤巖動力災害的威脅將更加嚴峻。這些災害事故均與煤巖體失穩破壞密切相關。煤巖體破裂過程中伴隨著能量的耗散還有放射性元素析出，氡（Rn）是一種重要表現形式。國內外相關研究表明，氡濃度的變化可以作為一種有前景的煤巖瓦斯動力災害預測手段。

氡是一種具有天然放射性的稀有氣體，它是鐳、釷和錒這些放射性元素在衰變過程中所形成的產物。氡檢測技術是一種很有發展前途的地球物理勘探方法。氡在地殼中的分布較為廣泛，幾乎在各種巖石中都能找到它的蹤跡。氡一般不與其它物質發生化學作用，但可被其它固體物質所吸附，氡在巖石中以自由氡、吸附氡和封閉氡的形式存在，在地下水中以溶解氡和逸出氡的形式存在。目前，氡檢測技術廣泛應用于地震預報以及地質構造、地熱水、邊坡穩定性探測等領域。

在煤巖層開采過程中，自由氡伴隨煤巖析出，煤巖體破裂吸附氡和封閉氡也會大量析出。利用氡檢測來預測煤與瓦斯突出、沖擊地壓等煤巖瓦斯動力災害具有重要的研究價值。前人關于煤巖破裂過程氡濃度變化的研究為煤與瓦斯突出、沖擊地壓等煤巖動力災害提供了一種新的預測途徑，但相關研究還僅處于初步試驗階段。煤與瓦斯突出等含瓦斯煤巖動力災害是煤巖體結構、地應力和瓦斯壓力綜合作用的結果，因此，開發合適的裝置來研究含瓦斯煤巖破裂過程中氡析出規律，有利于進一步揭示含瓦斯煤巖動力災害的氡異常機理和氡放射前兆特征，有望為煤巖瓦斯動力災害氡預測技術提供極有價值的理論支撐。

發明內容

本實用新型的目的旨在提供一種受載煤破裂過程中氡氣析出測定裝置。

基于上述目的，本實用新型采取了如下技術方案：受載煤破裂過程中氡氣析出測定裝置，包括三軸壓縮儀，所述三軸壓縮儀包括壓力室，壓力室底部設有進油口和出油口，頂部設有排氣口；壓力室內設有上壓頭、下壓頭以及豎向設置在上、下壓頭之間的熱縮管，上壓頭、下壓頭與熱縮管共同圍成樣品室；上壓頭內設有進氣孔道，下壓頭內設有出氣孔道，所述進氣孔道與載氣輸送管連通，所述出氣孔道與集氣罐相連，集氣罐與測氡儀相連；所述壓力室外壁上設有聲發射傳感器，聲發射傳感器與中央處理單元相連。

所述出氣孔道外接有出氣管，出氣管通過三通閥與第一支管、第二支管相連，其中第一支管連接測氡儀，第二支管連接集氣罐，集氣罐與測氡儀之間設有連接管；出氣管上設有閥門；第一支管、第二支管或連接管任一上設有次支管；所述次支管與真空泵相連，次支管上設有閥門。

所述第一支管、第二支管或連接管上設有排氣管，排氣管上設有閥門。

所述載氣輸送管通過三通閥分別連接兩路支管，其中一路支管上設有空氣壓縮機，另一路支管與氣瓶相連；兩路支管上均設有閥門。

所述上壓頭下部、下壓頭上部分別設有多孔板。

本實用新型提供的測定裝置集成了三軸壓縮儀、測定儀以及聲發射系統等，具有如下技術優勢：

1、利用三軸壓縮儀為煤樣施加圍壓和軸向壓力，方便、精準且可控性強。

2、載氣可調易控，操作方便，可用于研究氡析出對不同瓦斯氣體的響應特征。受圍壓影響，受載煤樣在形成裂隙通道前其結構比較致密，滲透性差，此時從樣品室排出的氣體量極小，難以進行可靠測試。利用載氣驅動氡的遷移，實現了氡氣析出的快速準確測定。另一方面，在礦山現場，煤層瓦斯氣體的存在又十分普遍；氡氣的遷移速度除與裂隙有關外，與空氣或瓦斯氣體的驅動亦顯著關聯。因此，為煤樣試件通入載氣，一方面可加速氡的遷移，提高測試靈敏度，另一方面也有助于模擬現場情況。

3、施加載荷過程中記錄煤樣試件的聲發射信號，可用于研究氡析出與裂隙發育、裂紋擴展的關系。

附圖說明

圖1是本實用新型實施例裝置的結構示意圖。

具體實施方式