[實用新型]一種低溫液氮沖擊下的煤巖力學測試裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721592104.1
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN207662732U
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發(fā)明（設計）人: 王登科;于充;張平;李文睿;呂瑞環(huán)
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 鄭州浩德知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 41130
• 代理人: 王國旭

本實用新型為一種低溫液氮沖擊下的煤巖力學測試裝置，其主要由液氮密封裝置、加載裝置、液面標高裝置、紅外線控制裝置、液氮供給裝置、工業(yè)CT掃描裝置構成。液氮密封裝置主要由套筒和底座構成密閉環(huán)境，減少液氮逸散。液面標高裝置由泡沫板和擋板構成，紅外線控制裝置由兩個紅外線發(fā)射器和傳感器構成，由于浮力的作用，泡沫板和擋板的高度隨著液氮液面高度變化。擋板與紅外線發(fā)射器共同作用，傳感器接收信號，然后通過PLC控制器指示電機工作。通過自動化液氮補給系統(tǒng)，該裝置可以實現(xiàn)在液氮浸沒的條件下，進行單軸壓縮實驗，可以研究超低溫條件下煤巖的力學特性，進一步配合CT掃描技術，可以探究煤體在應力場和超低溫溫度場同時作用下的致裂機理。

技術領域

本實用新型屬于實驗測試裝置，尤其涉及低溫液氮沖擊下的煤巖力學測試裝置。

背景技術

煤炭是我國重要的戰(zhàn)略資源，在我國能源中占比中最大。煤層的滲透性能是瓦斯抽采、煤層開發(fā)的關鍵參數(shù)。我國的煤層氣儲量巨大，但是我國的大部分煤層屬于低滲透性煤層，瓦斯不易抽采，造成環(huán)境污染資源浪費。因此，研究低滲透煤層的增透方法，是煤層氣高效抽采和瓦斯防治的關鍵問題。液氮等低溫流體注入煤層，影響煤層微觀孔隙結構，并改變煤層滲透性及力學性質(zhì)，對煤體增透致裂來說是一種有效的途徑。

很多專家學者對于液氮沖擊煤體增透已經(jīng)做了大量細致的研究，并取得了一定的研究成果。已公開的專利文獻WO2017/016168 A1公布了一種煤巖樣品液氮循環(huán)凍融增透模擬試驗系統(tǒng)及方法，河北科技大學的郭曉康等利用自己設計的實驗裝置做了液氮半溶浸煤致裂增透試驗研究，這些實驗裝置都能夠研究液氮沖擊后煤巖的滲透性及力學性質(zhì)的研究，但是不能研究在液氮產(chǎn)生的超低溫溫度場與應力場同時作用時煤巖性質(zhì)的變化，與工程實際有一定差距。也沒有考慮利用CT技術觀察煤巖的微觀結構變化，具有一定的局限性。

實用新型內(nèi)容

本實用新型的目的是提供一種自動化的、可視化的、操作方便的低溫液氮沖擊下的煤巖力學測試裝置。通過該裝置可以模擬液氮沖擊下受載煤的狀態(tài)，進一步研究超低溫與單軸壓縮狀態(tài)下煤巖的力學特性與滲透特性的變化，結合CT技術探索該過程中煤巖的微觀結構變化。

為了上述目的，本實用新型的技術方案是：

一種低溫液氮沖擊下的煤巖力學測試裝置，包括液氮密封裝置、加載裝置、液面標高裝置、紅外線控制裝置、液氮補給裝置、工業(yè)CT掃描裝置；

所述液氮密封裝置包括非金屬絕熱套筒、絕熱底座、密封蓋；其中所述非金屬絕熱套筒設置在絕熱底座的底座凹槽內(nèi)，所述密封蓋位于非金屬絕熱套筒的頂端，所述非金屬絕熱套筒內(nèi)側(cè)壁上開有套筒凹槽；

所述加載裝置包括伺服加載儀、壓頭、墊片；其中所述壓頭穿過所述密封蓋并壓制在所述墊片上，所述墊片位于非金屬絕熱套筒內(nèi)部且位于同樣放置在非金屬絕熱套筒內(nèi)部的煤樣的頂端，所述伺服加載儀對壓頭施加的軸向壓力；

所述液面標高裝置位于非金屬絕熱套筒內(nèi)部，且包括泡沫板和擋板；其中所述泡沫板與所述套筒凹槽進行滑動連接，所述擋板固定設置在泡沫板上；

所述紅外線控制裝置包括紅外線發(fā)射裝置、紅外線傳感裝置、PLC控制器以及導線；其中所述紅外線傳感裝置與紅外線發(fā)射裝置平行相對放置，且兩者均設置在所述密封蓋上，所述的擋板上端穿過密封蓋且浮動在紅外線傳感裝置與紅外線發(fā)射裝置之間，所述紅外線傳感裝置通過導線與PLC控制器相連；

所述液氮補給裝置包括電機、齒輪、齒條桿、活塞、液氮罐、補給管路和閥門，其中電機通過導線和所述PLC控制器相連；所述電機帶動位于所述液氮罐中的活塞進行運動，從而通過補給管路對所述非金屬絕熱套筒的內(nèi)部進行液氮輸送；