[發(fā)明專利]沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510276798.7
• 申請(qǐng)日: 2015-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN104865176A
• 公開（公告）日: 2015-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王登科;魏建平;劉勇;夏玉玲;姚邦華;付啟超;彭明;王洪磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N15/08
• 分類號(hào): G01N15/08
• 代理公司: 鄭州聯(lián)科專利事務(wù)所(普通合伙) 41104
• 代理人: 王聚才;楊海霞

1.一種沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括煤樣固定裝置、沖擊載荷加載裝置和與煤樣固定裝置相連接的高壓氣源裝置、軸壓加載裝置、圍壓加載裝置、抽真空裝置以及計(jì)量和數(shù)據(jù)采集裝置；所述沖擊載荷加載裝置為分離式霍普金森壓桿裝置；所述高壓氣源裝置由順次連接的高壓瓦斯罐、減壓閥、第一閥門、第一氣壓表和三通閥組成，三通閥的另外兩端通過(guò)管路分別連接抽真空裝置和煤樣固定裝置的氣體入口；所述軸壓加載裝置由順次連接的軸壓油泵、第一壓力調(diào)節(jié)閥、第二閥門和第一液壓表組成，所述第一液壓表通過(guò)管路與煤樣固定裝置的軸壓注油口相連接；所述圍壓加載裝置由順次連接的圍壓油泵、第二壓力調(diào)節(jié)閥、第三閥門和第二液壓表組成，所述第二液壓表通過(guò)管路與煤樣固定裝置的圍壓注油口相連接；所述計(jì)量和數(shù)據(jù)采集裝置由順次連接的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、氣體體積流量計(jì)、第四閥門和第二氣壓表組成，所述第二氣壓表與煤樣固定裝置的氣體出口相連接。

2.如權(quán)利要求1所述的沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述煤樣固定裝置由煤樣室和固定于煤樣室上方的軸壓缸體組成；所述軸壓缸體內(nèi)設(shè)有帶壓力傳感器的軸向加載桿，軸向加載桿的一端伸出軸壓缸體外且與分離式霍普金森壓桿裝置處于同一水平面，另一端伸入煤樣室內(nèi)，軸向加載桿的中部設(shè)有與軸向加載桿相垂直的密封板，密封板的兩端通過(guò)密封圈與軸壓缸體的內(nèi)壁密封連接；所述軸壓缸體上方設(shè)有位移傳感器，軸壓缸體的側(cè)壁設(shè)有兩個(gè)軸壓注油口，兩個(gè)軸壓注油口分別位于密封板的上、下方，軸壓缸體的側(cè)壁還開設(shè)有氣體入口；所述煤樣室包括位于煤樣室底部的可拆卸承壓擋板和位于煤樣室內(nèi)部設(shè)有中空煤樣型腔的密封膠套，密封膠套外側(cè)壁開設(shè)有凹槽且該凹槽與煤樣室內(nèi)側(cè)壁形成環(huán)形圍壓油腔，煤樣置于密封膠套的中空煤樣型腔內(nèi)且與環(huán)形圍壓油腔相隔離，密封膠套的下方設(shè)置密封墊；煤樣型腔的頂部設(shè)有第一多孔板，煤樣型腔的底部設(shè)有第二多孔板，軸壓缸體的氣體入口通過(guò)軸向加載桿內(nèi)部的氣體管路與煤樣型腔頂部的第一多孔板相連通，伸入煤樣室的軸向加載桿的端部與第一多孔板壓接；煤樣室側(cè)壁設(shè)有圍壓注油口和氣體出口，煤樣室的氣體出口通過(guò)承壓擋板內(nèi)部的氣體管路與煤樣型腔底部的第二多孔板相連通。

3.如權(quán)利要求1所述的沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述抽真空裝置由順次連接的真空泵和第五閥門組成。

4.使用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)進(jìn)行沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實(shí)驗(yàn)的方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）連接好實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并檢測(cè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的氣密性；

2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：將煤樣放入干燥箱中恒溫干燥處理，取出、冷卻后備用；

3）固定煤樣：將準(zhǔn)備好的煤樣裝入煤樣固定裝置；

4）真空脫氣：在保證系統(tǒng)連接正確、氣密性良好的情況下，打開抽真空裝置對(duì)煤樣進(jìn)行真空脫氣處理；

5）提供三維應(yīng)力環(huán)境：真空脫氣處理完成后，對(duì)煤樣施加預(yù)定的軸壓和圍壓；

6）沖擊滲流過(guò)程：向煤樣中充入預(yù)定壓力的瓦斯氣體，同時(shí)開啟計(jì)量和數(shù)據(jù)采集裝置，穩(wěn)定后利用分離式霍普金森壓桿裝置對(duì)煤樣固定裝置施加沖擊載荷，同時(shí)計(jì)量并采集數(shù)據(jù)；

7）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：利用擬壓法評(píng)估實(shí)驗(yàn)過(guò)程中含瓦斯煤滲流滲透率大小，公式具體如下：

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式中：K_g為氣體滲透率；Q₀為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體體積流量；和分別為平均氣體動(dòng)力黏度和平均壓縮因子；L為多孔介質(zhì)滲流長(zhǎng)度；A為多孔介質(zhì)橫截面積；p₀為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體壓力；p_i為煤樣固定裝置的氣體入口端壓力；p_e為煤樣固定裝置的氣體出口端壓力；T為實(shí)驗(yàn)環(huán)境絕對(duì)溫度；T₀為標(biāo)準(zhǔn)狀況下絕對(duì)溫度；

8）通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的圍壓、軸壓、瓦斯壓力和沖擊載荷的大小、沖擊速度可以得出不同實(shí)驗(yàn)條件下的含瓦斯煤滲流特性及其規(guī)律。