[發(fā)明專利]用于煤體原位力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置及基于該裝置的瓦斯水合物飽和度監(jiān)測(cè)裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610028155.5
• 申請(qǐng)日: 2016-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN105510143B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳強(qiáng);高霞;張保勇;張強(qiáng);高橙;吳瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 黑龍江科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12;G01N33/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 岳昕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤炭領(lǐng)域。

背景技術(shù)

煤礦礦井中煤與瓦斯突出嚴(yán)重威脅煤礦安全生產(chǎn)。大部分煤與瓦斯突出事故是由于瓦斯賦存區(qū)擾動(dòng)(揭煤或落煤)促使大量瓦斯瞬間涌出而造成的，因此，利用瓦斯水合物在煤體中的大量生成，減小煤體中瓦斯壓力，改變煤體力學(xué)特性，而對(duì)含瓦斯水合物煤體的力學(xué)特性研究是必不可少的。為了對(duì)煤中自身含有的瓦斯氣體合成水合物對(duì)煤炭的力學(xué)性質(zhì)影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，在煤礦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)顯然是不切合實(shí)際的，因此，亟需一種用于實(shí)驗(yàn)室研究的針對(duì)煤中自身含有的瓦斯氣體合成水合物對(duì)煤炭的力學(xué)性質(zhì)影響的裝置及方法。

目前實(shí)驗(yàn)用煤體三軸實(shí)驗(yàn)裝置絕大多數(shù)都是單純研究煤體本身的力學(xué)性質(zhì)，而關(guān)于水合物力學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)裝置主要集中在含水合物沉積物中或者實(shí)驗(yàn)裝置主要特點(diǎn)是先在合成水合物然后在特定環(huán)境中將水合物和沉積物混合或者在一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中合成含水合物的試樣，再將試樣移至另一種實(shí)驗(yàn)裝置中進(jìn)行三軸力學(xué)實(shí)驗(yàn)，與此同時(shí)這些裝置都無法實(shí)現(xiàn)同步檢測(cè)水合物飽和度。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述裝置的一些不足，本發(fā)明提供了用于煤體原位力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置及基于該裝置的瓦斯水合物飽和度監(jiān)測(cè)裝置及方法。

本發(fā)明的目的是滿足用于實(shí)驗(yàn)室研究的針對(duì)煤中含有的瓦斯氣體合成水合物對(duì)煤體的力學(xué)性質(zhì)影響及研究煤體水合物飽和度的裝置及方法的需求，提出了用于煤體原位力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置及基于該裝置的瓦斯水合物飽和度監(jiān)測(cè)裝置及方法。

用于煤體原位力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置包括釜體1、調(diào)節(jié)栓塞2、活動(dòng)栓塞3、固定座4、密封端蓋5、熱縮管8、一號(hào)電阻電極6、二號(hào)電阻電極7、緩沖罐12、瓦斯氣體增壓裝置14、液壓增壓裝置15和應(yīng)變片13；

一號(hào)電阻電極6和二號(hào)電阻電極7的結(jié)構(gòu)相同；一號(hào)電阻電極6包括電極探頭1-1、絕緣橡膠1-2、絕緣層1-3、金屬管1-4、加固層1-5；

電極探頭1-1包括頂頭1-11和長(zhǎng)尾1-12，頂頭1-11和長(zhǎng)尾1-12構(gòu)成T字型，長(zhǎng)尾1-12為中空結(jié)構(gòu)；加固層1-5和金屬管1-4構(gòu)成T字型，且為一體件；電極探頭1-1的長(zhǎng)尾1-12插入金屬管1-4內(nèi)，且電極探頭1-1的長(zhǎng)尾1-12和金屬管1-4之間設(shè)置有絕緣層1-3；電極探頭1-1的頂頭1-11和加固層1-5之間設(shè)置有絕緣橡膠1-2；

熱縮管8內(nèi)部的兩端分別設(shè)置有一號(hào)電阻電極6和二號(hào)電阻電極7，一號(hào)電阻電極6的頂頭和二號(hào)電阻電極7的頂頭相對(duì)放置；

煤體11放置在熱縮管8內(nèi)，且位于一號(hào)電阻電極6的頂頭和二號(hào)電阻電極7的頂頭之間；調(diào)節(jié)栓塞2包裹在一號(hào)電阻電極6的金屬管1-4外側(cè)，調(diào)節(jié)栓塞2的外側(cè)并排設(shè)置有固定座4和密封端蓋5，且與固定座4為螺紋連接；

活動(dòng)栓塞3包裹在二號(hào)電阻電極7的金屬管1-4外側(cè)，活動(dòng)栓塞3的外側(cè)設(shè)置有密封端蓋5；

設(shè)置在調(diào)節(jié)栓塞2外側(cè)的密封端蓋5和設(shè)置在活動(dòng)栓塞3外側(cè)的密封端蓋5均套接在釜體1內(nèi)部，且分別位于釜體1的兩端；

熱縮管8、釜體1及密封端蓋5合圍形成一個(gè)圍壓油腔9；通過向圍壓油腔9內(nèi)注入圍壓，向煤體11施加圍壓；

活動(dòng)栓塞3、釜體1及密封端蓋5合圍形成一個(gè)軸壓油腔10；通過向軸壓油腔10內(nèi)注入軸壓，帶動(dòng)活動(dòng)栓塞3向左運(yùn)動(dòng)；

液壓增壓裝置15用于為圍壓油腔9提供圍壓，為軸壓油腔10提供軸壓；

瓦斯氣體增壓裝置14用于向二號(hào)電阻電極7的長(zhǎng)尾內(nèi)通入瓦斯；一號(hào)電阻電極6的長(zhǎng)尾通過管路與緩沖罐12的一端聯(lián)通，緩沖罐12的另一端與二號(hào)電阻電極7的長(zhǎng)尾聯(lián)通；

應(yīng)變片13貼在煤體11上，用于采集煤柱的應(yīng)變信號(hào)。

用于煤體原位力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，瓦斯氣體增壓裝置14包括氣源14-1、空氣壓縮機(jī)14-2、防爆增壓泵14-3、空氣壓縮機(jī)閥14-4和氣源閥14-5；

氣源14-1的輸出端連通防爆增壓泵14-3的一個(gè)輸入端；空氣壓縮機(jī)14-2的輸出端連通防爆增壓泵14-3的另一個(gè)輸入端；防爆增壓泵14-3的輸出端連通二號(hào)電阻電極6的長(zhǎng)尾；

空氣壓縮機(jī)閥14-4設(shè)置在空氣壓縮機(jī)14-2和防爆增壓泵14-3之間；氣源閥14-5設(shè)置在氣源14-1和防爆增壓泵14-3之間。

用于煤體原位力學(xué)特性的實(shí)驗(yàn)裝置，液壓增壓裝置15包括圍壓液壓增壓泵15-1、軸壓液壓增壓泵15-2、圍壓閥15-3和軸壓閥15-4；

釜體1上開有圍壓孔15-5和軸壓孔15-6；