[發明專利]基于高壓承載條件下煤體接觸角測試裝置

在審

• 申請號: 202210245586.2
• 申請日: 2022-03-14
• 公開（公告）號: CN114813478A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 岳基偉;申曉靜;石必明;李懷賓;程靜;楊可新;呂振威;邵亨威
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 朱俊峰;田文舉

基于高壓承載條件下煤體接觸角測試裝置，包括充甲烷系統、充氦氣標定系統、抽真空系統、注液系統、可視化加載釜體系統、成像測試系統和恒溫系統，充甲烷系統的甲烷出口和充氦氣標定系統的氦氣出口與可視化加載釜體系統的氣體進口并聯連接，可視化加載釜體系統的氣體出口與抽真空系統的氣體進口連接，注液系統的液體出口與可視化加載釜體系統的液體進口連接，成像測試系統設置在可視化加載釜體系統的一側并朝向可視化加載釜體系統拍攝，充甲烷系統、充氦氣標定系統、可視化加載釜體系統和成像測試系統的部分構件均設在恒溫系統的內部。本發明能夠相似模擬不同煤層實際賦存條件，精確測試受載煤?瓦斯?液體三相體系中煤與液體之間的接觸角。

技術領域

本發明涉及煤礦安全技術領域，具體地說，涉及一種基于高壓承載條件下煤體接觸角測試裝置。

背景技術

隨著我國煤礦開采深度和開采強度的增加，瓦斯隱患、粉塵隱患也逐漸加劇。瓦斯隱患導致煤與瓦斯突出、瓦斯爆炸、瓦斯超限等。粉塵隱患導致粉塵爆炸、塵肺病等，嚴重影響著工人的職業衛生健康。煤層注水是一項綜合災害治理措施，煤層注水潤濕煤體效果與治理瓦斯、防塵、防突的效果緊密相關。接觸角是衡量液體對煤體的潤濕效果的一個重要參數，當接觸角小于90°時，固體表面是親水的；當接觸角大于90°時，固體表面是疏水。

測量接觸角最常用的方法是固定液滴法，而后通過外形圖像分析的方法獲得接觸角。目前，關于煤體與液體接觸角的測試，大多是在煤-空氣-液體三相體系或煤-瓦斯-液體三相體系中進行。實際上，原位條件煤體潤濕過程中，煤體的承載應力及煤體內的瓦斯均影響著煤與液體之間接觸角的大小。因此，測試原位條件煤體與液體的接觸角應在液體-瓦斯-受載煤體三相體系中進行。因為煤體吸附瓦斯后孔隙的表面能會降低，煤體處于受載狀態時孔裂隙結構也不一樣，這些差異均會造成煤-空氣-液體三相體系中煤與液體之間的接觸角與受載煤-瓦斯-液體三相體系中受載煤與液體所形成的接觸角不同，進而導致對煤層注水潤濕效果的評價不準確。

因此，為了準確評價液體對受載含瓦斯煤的潤濕效果，有必要設計一種基于高壓承載條件下煤體接觸角測試裝置，為深入研究煤層注水治理瓦斯、防塵、防突奠定提供參數支撐。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于高壓承載條件下煤體接觸角測試裝置，本發明能夠相似模擬不同煤層實際賦存條件，精確測試受載煤-瓦斯-液體三相體系中煤與液體之間的接觸角。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

基于高壓承載條件下煤體接觸角測試裝置，包括充甲烷系統、充氦氣標定系統、抽真空系統、注液系統、可視化加載釜體系統、成像測試系統和恒溫系統，充甲烷系統的甲烷出口和充氦氣標定系統的氦氣出口與可視化加載釜體系統的氣體進口并聯連接，可視化加載釜體系統的氣體出口與抽真空系統的氣體進口連接，注液系統的液體出口與可視化加載釜體系統的液體進口連接，成像測試系統設置在可視化加載釜體系統的一側并朝向可視化加載釜體系統拍攝，充甲烷系統、充氦氣標定系統、可視化加載釜體系統和成像測試系統的部分構件均設在恒溫系統的內部。

充甲烷系統包括甲烷儲瓶和甲烷參考罐，甲烷儲瓶的甲烷出口與甲烷參考罐的甲烷進口通過第一氣體管路連接，甲烷參考罐的甲烷出口連接有第二氣體管路，第二氣體管路的另一端與外界大氣連通，第一氣體管路上沿氣體流動方向依次設置有甲烷調壓閥和第一氣體閥門，第二氣體管路上沿氣體流動方向依次設置有第一精密壓力表、第二氣體閥門、第二精密壓力表、注氣管路和第三氣體閥門，注氣管路的另一端與可視化加載釜體系統的氣體進口連接。

充氦氣標定系統包括氦氣儲瓶和氦氣參考罐，氦氣儲瓶的氦氣出口與氦氣參考罐的氦氣進口通過第三氣體管路連接，氦氣參考罐的氦氣出口連接有第四氣體管路，第四氣體管路的另一端連接在位于第二氣體閥門和第二精密壓力表之間的第二氣體管路上，第三氣體管路上沿氣體流動方向依次設置有氦氣調壓閥和第四氣體閥門，第四氣體管路上沿氣體流動方向依次設置有第三精密壓力表和第五氣體閥門。