[發明專利]一種含瓦斯溶蝕煤動態沖擊實驗系統及方法

在審

• 申請號: 201610225604.5
• 申請日: 2016-04-11
• 公開（公告）號: CN105628519A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 李重情;劉澤功;穆朝民;劉健;張文清;張曦
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及煤巖實驗室實驗研究技術領域，尤其是涉及一種含瓦斯溶蝕煤動態沖擊實驗 系統及方法。

背景技術

在煤礦開采過程中，時常會遇到瓦斯爆炸、炸藥爆炸、沖擊地壓等沖擊載荷作用，由于 物體在沖擊載荷下的力學響應與靜載荷下具有顯著差異，必須考慮慣性效應和應變率效應， 即了解煤巖在沖擊載荷下的力學響應對煤礦開采和災害防治具有重要意義。1914年， B.Hopkinson設計了HopkinsonPressureBar(簡稱HPB)，用以研究炸藥爆炸或子彈射擊入射 桿端時的壓力-時間關系。1949年，Kolsky把Hopkinson壓桿變成分離式，用以研究材料在高 應變率下的動態響應特性及其本構關系，形成分離式Hopkinson壓桿技術(簡稱SHPB技術)； 長期以來，其作為金屬、陶瓷、橡膠、泡沫、混凝土、巖石等材料在高應變率下力學響應的 一種有效實驗手段。目前，已有很多學者借助于SHPB技術開展了動載荷下的實驗方法和手 段等研究，例如李夕兵等發明的動靜組合加載巖石力學實驗方法與裝置(ZL200510032031.6)、 陳榮等發明的壓拉通用霍普金森桿裝置(ZL200910044405.4)、劉戰偉等發明的磁阻式拉壓一 體化微型霍普金森桿裝置(ZL201210367229.X)、孫光永等發明的一種霍普金森壓桿實驗裝 置(ZL201410128753.0)、李鵬南等發明的用于高溫霍普金森壓桿實驗的快速加熱裝置 (ZL201210567036.9)、蘇灝揚等發明的用于大直徑霍普金森壓桿的環向加壓裝置 (ZL201310566816.6)等。但是，對于煤的相關配套實驗方法和手段相對較少，例如王登科 等發明的沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實驗系統(ZL201520349249.3)等；對于深部受環境 溫度影響下和地下水或水力化措施工作液溶蝕作用下的煤，在受到沖擊動力作用后的響應特 性實驗研究手段和方法還沒有，所以，為了更好地研究煤在各種條件下的力學特性，有必要 發明一種以SHPB為基礎的含瓦斯溶蝕煤動態沖擊實驗系統及方法，其具有理論和工程實踐 意義。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提一種含瓦斯溶蝕煤動態沖擊實驗系統及方法，通過 掌握含瓦斯溶蝕煤的動態沖擊響應特性，為煤礦相關工程施工和災害防治提供依據。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種含瓦斯溶蝕煤動態沖擊實驗系統，其包括沖擊構件系統、排氣系統、進氣系統和溶 蝕工作系統；沖擊構件系統包括入射桿、透射桿、柔性貼片、煤樣、鋼腔、密封墊圈、銷緊 螺栓、螺母、Y_X型密封圈、壓力傳感器、壓力表、數據采集儀、鋼化玻璃、O型密封墊圈和 螺栓；排氣系統包括排氣閥、真空泵；進氣系統包括進氣閥、電磁閥、減壓閥、高壓氣瓶； 溶蝕工作系統包括溶液箱、溶蝕液、加熱器、第一閘閥、第一液泵、第一流量計、第二閘閥、 第三閘閥、第二液泵、第二流量計、第四閘閥；所述入射桿和透射桿通過Y_X型密封圈放置于 鋼腔兩側；所述煤樣位于鋼腔內，煤樣一側為柔性貼片和入射桿，另一側為透射桿；所述鋼 腔分上下兩部分并通過密封墊圈、銷緊螺栓和螺母固定；所述壓力傳感器和壓力表設置于鋼 腔頂部，壓力傳感器的數據通過數據采集儀進行采集；所述鋼化玻璃通過O型密封墊圈和螺 栓固定于鋼腔上，用以實驗時進行動態觀測；所述真空泵與鋼腔連接的管路上設置排氣閥； 所述高壓氣瓶與鋼腔連接的管路上設置減壓閥、電磁閥和進氣閥；所述溶液箱內盛裝由HF、 HCl、H₂SO₄、KHSO₄或HNO₃配置PH為4～7的溶蝕液或由NaOH或KOH配置PH為7～10 的溶蝕液，溶液箱一端設置加熱器為溶蝕液加熱，溶液箱另一端設置溶蝕液的出口和入口， 溶液箱與鋼腔連接的兩條管路上分別設置了第一閘閥、第一液泵、第一流量計和第二閘閥， 第三閘閥、第二液泵、第二流量計和第四閘閥。

進一步，所述入射桿、柔性貼片、煤樣和透射桿處同一直線上，入射桿位于鋼腔自底部 以上1/3處；所述柔性貼片為3～10mm鋁片；所述鋼腔的上下兩部分分割于鋼腔自頂部以下 1/5處。

進一步，所述進氣閥和排氣閥通過三通連接，排氣系統和進氣系統在三通與鋼腔之間共 用管路，且管路末端設于鋼腔頂部。