[發明專利]超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202110689567.4
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113418852A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 李樹剛;林海飛;王瑞哲;秦雷;楊二豪;韓雙澤
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N1/28
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 韓雪

1.一種超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置，所述實驗裝置包括超聲激勵系統、應力加載系統、氣體控制系統和數據采集系統，其特征在于，所述超聲激勵系統包括超聲波發射頭(4-1)、變幅桿(4-2)、換能器(4-3)和超聲波發生器(4-5)，所述超聲波發生器(4-5)連接變幅桿(4-2)和換能器(4-3)組合形成的電信號轉化裝置，所述電信號轉化裝置一端通過管道連接超聲波發生器(4-5)，另一端口連接超聲波發射頭(4-1)，所述超聲波發射頭(4-1)從立方體煤樣(1-1)單側面打孔注水后插入立方體煤樣(1-1)中；所述立方體煤樣(1-1)超聲波發射頭(4-1)插入單側面設置后底座(1-5)，所述后底座(1-5)上設置有超聲波發射頭插入孔(4-7)、第一氣管路入孔(2-4)、抽真空孔(2-12)，第一氣管路入孔(2-5)通過第一氣管路(2-4)連接甲烷氣瓶(2-1)，抽真空孔(2-12)通過抽氣管路連接真空泵(2-10)；

所述應力加載系統包括伺服控制系統(3-8)和伺服液壓管路(3-7)，伺服液壓管路(3-7)前端連接伺服控制系統(3-8)，伺服液壓管路(3-7)后端同時連接X方向液壓桿(3-2)、Y方向液壓桿(3-4)和Z方向液壓桿(3-5)；所述伺服控制系統(3-8)連接前端計算機(1-6)。

2.根據權利要求1所述的超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置，其特征在于，所述氣體控制系統包括氣體供給裝置和氣體抽吸裝置，所述氣體供給裝置包括甲烷氣瓶(2-1)、第一氣管路(2-4)和第二氣管路(2-6)，甲烷氣瓶(2-1)通過第一氣管路(2-4)連接后底座(1-5)上的第一氣管路入孔(2-5)，甲烷氣瓶(2-1)和第一氣管路入孔(2-5)連接的第一氣管路(2-4)上設置壓力表(2-2)和第一閥門(2-3)；第二氣管路(2-6)上設置了干燥過濾器(2-7)、第三閥門(2-8)和流量傳感器(2-9)，所述的流量傳感器(2-9)連接前端計算機(1-6)；所述氣體抽吸裝置包括真空泵(2-10)，真空泵(2-10)通過抽氣管路連接后底座(1-5)上的抽真空孔(2-12)，真空泵(2-10)和抽真空孔(2-12)連接的抽氣管路上設置第二閥門(2-11)。

3.根據權利要求2所述的超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置，其特征在于，所述數據采集系統包括計算機(1-6)，計算機(1-6)分別連接流量傳感器(2-9)和伺服控制系統(3-8)，采集伺服控制系統(3-8)三軸壓力數據以及流量傳感器(2-9)在超聲波激勵下煤樣(1-1)滲透率的變化數據。

4.根據權利要求3所述的超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置，其特征在于，所述立方體煤樣(1-1)置于實驗艙(1-3)內，所述X方向液壓桿(3-2)上設置X方向抵推塊(3-1)，X方向液壓桿(3-2)帶動X方向抵推塊(3-1)抵壓在其運動方向實驗艙(1-3)固定面上；所述Y方向液壓桿(3-4)上設置Y方向抵推塊(3-3)，Y方向液壓桿(3-4)帶動Y方向抵推塊(3-3)抵壓在其運動方向實驗艙(1-3)固定面上；所述Z方向液壓桿(3-6)上設置Z方向抵推塊(3-5)，Z方向液壓桿(3-6)帶動Z方向抵推塊(3-5)抵壓在其運動方向實驗艙(1-3)固定面上；所述X方向抵推塊(3-1)、Y方向抵推塊(3-3)和Z方向抵推塊(3-5)運動方向相互垂直，對立方體煤樣(1-1)形成三軸壓力。

5.根據權利要求1所述的超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置，其特征在于，所述變幅桿(4-2)端頭連接超聲波發射頭(4-1)，所述變幅桿(4-2)端頭連接超聲波發射頭(4-1)形成的桿狀連接結構，所述桿狀連接結構插入立方體煤樣(1-1)表面圓孔進入煤樣(1-1)內部，通過表面圓孔注入液體，立方體煤樣(1-1)表面圓孔入口設置環氧樹脂膠(4-7)和密封圈(4-8)作封閉處理，所述桿狀連接結構和超聲波發射頭(4-1)之間形成水浴(4-4)空間。

6.根據權利要求5所述的超聲波脈沖致裂含瓦斯煤體滲流實驗裝置，其特征在于，所述立方體煤樣(1-1)表面圓孔直徑為15-25mm，長度為140-160mm。