[發明專利]一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗裝置及方法

在審

• 申請號: 201910955551.6
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN110542639A
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 郭陽陽;杜鋒;王凱;董虎子;王亮;徐超;辛程鵬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學(北京)
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N23/046;G01N3/12
• 代理公司: 暫無信息
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1.一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗裝置，其主要由：真三軸壓力室、支架、加載裝置、瓦斯滲流裝置、CT掃描系統以及控制/監測裝置組成，其中：

所述支架由頂板、底板以及4根立柱組成，頂板底板中心設有中心孔，頂板和底板內側面的中心位置處焊接有加載室底座，頂板和底板由立柱連接，并由螺栓固定；

所述真三軸壓力室包括蓋板和桶體，桶體在兩側同一高度水平位置開設有圓孔，圓孔外側處連接有側壓加載裝置，底部開設中心孔，下加載室活塞壓桿通過此處延伸至桶內；桶體底部開設排氣口、下部位置上設有排液口，桶體與蓋板之間有O型圈提供密封，且在桶體上端周圍開設有螺栓孔，鏈接桶體與蓋板；

所述蓋板上預設有進液口，與出液口配合使用，提供實驗條件所需的圍壓，蓋板上開設有進氣口，與排氣口配合使用用以連接供氣裝備和試件滲流通道，蓋板中間位置開設有中心孔，上加載室活塞壓桿通過中心孔延伸至桶內；

所述加載裝置包括軸壓加載室、側壓加載室和圍壓加載裝置；所述的軸向加載室安置于支架頂板、底板所焊接的加載室底座處；所述軸壓加載室包括上壓力室、下壓力室，軸向位移傳感器1、2，軸壓傳感器1、2，上壓柱、下壓柱、上壓頭、下壓頭，左壓力室、右壓力室，側向位移傳感器1、2，左壓柱、右壓柱、左壓頭、右壓頭以及若干壓塊、墊片；

所述上(下)、左(右)壓力室連接有活塞壓柱，活塞壓柱前部連接有上(下)、左(右)壓頭，壓頭與壓塊連接，共同配合為試件提供所需實驗條件的軸壓、側壓，各壓塊之間有墊片相互隔斷，防止出現剛性碰撞，影響實驗結果；所述圍壓加載方式為柔性加載，通過壓力泵經通過上部進液口為實驗提供所需圍壓；

所述位移傳感器設置在煤巖體試件的上下左右前后的6個方向上各設置一個，監測試件在實驗過程中的應變變化；

所述瓦斯滲流裝置，高壓氣瓶氣體通過導管連接到進氣口處的滲流管上，并最終從上壓頭進氣口流經煤巖體試件，通過下壓頭出氣口、底座預留的出氣口經氣體流量計流出；

所述CT掃描系統包括位于真三軸實驗儀前后兩側的CT放射源和CT探測器組成，能為試件提供實時掃描。

2.根據權利要求1所述的一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗裝置，其特征在于：真三軸試驗儀前后兩側方向設有CT放射源和CT探測器，在進行真三軸滲流實驗同時可以進行實時掃描。

3.根據權利要求2所述的一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗裝置，其特征在于：上壓頭、下壓頭處預留有氣體流經通道，在開展力學強度測試實驗的同時，進行氣體滲流實驗。

4.根據權利要求1或3所述的一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗裝置，其特征在于：位于掃描區的實驗裝置配件均是由碳纖維組成，其余部位均采用鋼材制成。

5.根據權利要求4所述的一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗裝置，其特征在于：為實驗環境提供軸向壓力的上、下壓力室均固定于頂板、底板上，較為穩固。

6.根據權利要求5所述的一種帶CT實時掃描的真三軸瓦斯滲流試驗方法，其特征在于，包括以下實驗步驟：

1)首先把準備好的煤巖體試件進行預處理，之后在試件表面涂抹硅膠，待硅膠晾干之后用熱縮管將煤巖體試件包裹牢固，并利用卡箍固定于上下壓頭上。

2)將制備完善的試件放置好，將軸壓、側壓加載系統安裝到位，連接瓦斯滲流裝置，向壓力室中注滿液壓油、裝配蓋板；

3)打開控制/監測裝置，設定實驗溫度，恒定；

4)打開瓦斯罐閥門，觀測流量值并保持讀數恒定，待數值保持恒定后關閉排氣閥同時保持瓦斯罐閥門開啟狀態不變，讓煤巖體試件恒定吸附瓦斯氣體48h；

5)恒定48h后打開排氣閥，待流量計讀數再次穩定后，加載軸壓、側壓、圍壓進行試驗，同時記錄煤巖體試件應力-應變-滲流變化，并進行CT掃描，至試件破壞，CT掃描裝置獲取全過程孔裂隙發育變化。