[發明專利]一種泥巖膨脹試驗用壓力及溫度控制系統及方法

有效

• 申請號: 202110374312.9
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113092724B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 孫中光;趙慶川;戴書球;孫維;王璇;鐘宇;羅劍;賀奎;張建鑫;周琪森;彭邁;孫若峰;楊柳;韓麟之
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院有限公司;中煤科工集團重慶智慧城市科技研究院有限公司
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G05D27/02
• 代理公司: 重慶強大凱創專利代理事務所(普通合伙) 50217
• 代理人: 冉劍俠

本發明涉及巖石力學實驗技術領域，具體涉及一種泥巖膨脹試驗用壓力及溫度控制系統及方法，包括：中央處理器以及被中央處理器信號控制的溫控器和空壓機，溫控器連接有伸入到試驗箱體的加熱管和加熱帶；空壓機連接有穩壓閥，穩壓閥由中央處理器信號控制；加熱管設置在試驗箱體的底部，加熱帶圍繞設置在試驗件的周圍，加熱帶隨著試驗件運動而運動；中央處理器內預設有溫度變化策略和壓力變化策略，溫度變化策略通過加熱管和加熱帶使試驗箱體的不同位置呈現不同溫度狀態。本發明使試驗件的膨脹試驗結果能夠更加趨近真實情況，解決了現有的泥巖膨脹試驗儀難以模擬真實環境對于泥巖膨脹的影響的技術問題。

技術領域

本發明涉及巖石力學實驗技術領域，具體涉及一種泥巖膨脹試驗用壓力及溫度控制系統及方法。

背景技術

泥巖屬于膨脹巖范疇，但又不同于一般的膨脹巖，它含有大量親水性黏土礦物，力學性質與水的關系極其密切，在其內部相鄰的黏粒比較靠近時，各自形成的水化膜會有一部分重疊起來，形成公共水化膜。若各自水化膜變薄，公共水化膜形成，水膠連接可以使軟巖變得相當堅硬，該狀態下的泥質巖又具有一定的支承強度；當各相鄰的黏粒見水化膜加厚時，公共水化膜消失，水膠連接力消失，軟巖產生膨脹，產生軟化、崩解和失水收縮、開裂的現象，導致巷道開挖后圍巖的支護難度大、控制效果差，極易發生巷道底鼓、冒頂、抽冒、甚至塌方災害，嚴重影響巷道穩定性。同時，環境溫度和濕度對軟巖巖體含水率的影響顯著，變形受約束時產生較大的內應力；開挖擾動等因素對泥質巖體強度的影響也非常明顯。由于西南地區礦井具有圍巖強度低、自穩時間短、易風化水解、泥化等特點，使得該地區強膨脹軟巖巷道的破壞形式更加復雜，支護更加困難，給巷道掘進、支護施工等帶來巨大困難，甚至造成重大的經濟損失和人員傷亡。

強膨脹軟巖巷道支護問題一直是我國西部地區礦井建設和生產維護中亟需重點解決的關鍵問題，而要解決這個問題，一般在施工之前，需要對施工地的泥巖膨脹各項參數通過泥巖膨脹試驗儀進行測試，這就必須用到泥巖膨脹試驗儀。現有的泥巖膨脹試驗儀的壓力和溫度變化都是理論上的，是均勻變化的，很難模擬真實環境對于泥巖膨脹的影響，故而，泥巖膨脹試驗結果對真實施工環境的指導作用有限。

發明內容

本發明提供一種泥巖膨脹試驗用壓力及溫度控制系統及方法，解決了現有的泥巖膨脹試驗儀難以模擬真實環境對于泥巖膨脹的影響的技術問題。

本發明提供的基礎方案為：一種泥巖膨脹試驗用壓力及溫度控制系統，包括：中央處理器以及被中央處理器信號控制的溫控器和空壓機，溫控器連接有伸入到試驗箱體的加熱管和加熱帶；空壓機連接有穩壓閥，穩壓閥由中央處理器信號控制；加熱管設置在試驗箱體的底部，加熱帶圍繞設置在試驗件的周圍，加熱帶隨著試驗件運動而運動；中央處理器內預設有溫度變化策略和壓力變化策略，溫度變化策略通過加熱管和加熱帶使試驗箱體的不同位置呈現不同溫度狀態。

本發明的工作原理及優點在于：

(1)通過預設在中央處理器中的溫度變化策略和壓力變化策略，使試驗箱體內的環境能夠盡可能地模擬真實環境，使試驗件的膨脹試驗結果能夠更加趨近真實情況，給實際施工提供更高的可參考指導數據。

(2)通過加熱管和加熱帶的設置，不僅能夠使試驗箱體內不同位置可以有不同的溫度狀態，因為加熱帶是隨著試驗件運動的，還可以模擬真實的工具在巖層中的施工動作，模擬出更加真實的試驗環境，使試驗件的膨脹試驗結果更加準確。

(3)中央處理器依次啟動空壓機和穩壓閥，空壓機向試驗箱體內逐漸加壓，當試驗箱體內的壓力達到預設壓力時，中央處理器控制空壓機停止向試驗箱體加壓，并通過穩壓閥保持空壓機和試驗箱體之間的壓力，從而可以為試驗件營造真實的壓力環境。

本發明通過預設在中央處理器中的溫度變化策略和壓力變化策略，使試驗箱體內的環境能夠盡可能地模擬真實環境，使試驗件的膨脹試驗結果能夠更加趨近真實情況，解決了現有的泥巖膨脹試驗儀難以模擬真實環境對于泥巖膨脹的影響的技術問題。