CN102175558B - 三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法及装置 - Google Patents
三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法及装置，在待测煤样的围压和瓦斯压力达到所要求的数值后，通过发射器发出击块击打入射杆的顶部产生动载的轴压，使该轴压传递到煤样上；通过测速器测量击块从发射器发出到击打入射杆前的速度，并将煤样轴压传递到装有应变片的透射杆和吸收杆上数据进行接收处理，以测出煤样的应力、应变情况。本发明采用发射器发射击块来击打于入射杆的方式为煤样提供动载轴压，煤样再将该轴压传递到装有电阻应变片的透射杆和吸收杆上；通过测速器检测击块的速度，通过电阻应变片测出煤样的应力、应变情况，这样就能为煤样提供动载的轴压并进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤的渗透性试验方法及装置，尤其是一种三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法及装置。
背景技术
目前，研究有效应力对煤的瓦斯渗透性实验装置中，前人所采用的实验装置大多都是类似于三轴渗透仪等仪器，该种实验装置所施加的轴压为中低应变率的力，通过该类实验装置，研究并得出了许多煤的瓦斯渗透规律。周世宁和林柏泉进行了煤层瓦斯赋存与流动理论研究，得出了在围压力不变的前提下，孔隙压力和渗透率以及煤样间变形关系；赵阳升和胡耀青进行了孔隙瓦斯作用下煤体有效应力规律的试验研究，通过实验室试验研究了气体吸附作用和变形作用对渗流影响；孙培德等进行了煤体有效应力规律的试验研究；吴世跃和赵文等进行了含吸附煤层气煤的有效应力分析研究；何伟钢等得出煤层渗透率与地应力呈幂指数相关关系；杨永杰等通过水在煤岩体中的渗流试验，得出了煤岩在变形破坏过程中的渗透率变化规律；常宗旭等进行了三维应力作用下单一裂缝渗流规律的理论与试验研究。以上规律均为通过中低应变率的瓦斯渗透装置得出。目前，试验的轴压都是采用压力试验机或者油压来完成，但是这两种施加的力均是静载作用力，因此无法得到三维动载的瓦斯渗透试验数据。
发明内容
本发明的目的是：提供一种三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法及装置，它能在三维动载瓦斯渗透试验中对煤样施加动载的轴压，并检测该测压及动载作用力下煤样的应力、应变情况，以克服现有技术的不足。
本发明是这样实现的：三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法，在待测煤样的围压和瓦斯压力达到所要求的数值后，通过发射器发出击块击打入射杆的顶部产生动载的轴压，使该轴压传递到煤样上；通过测速器测量击块从发射器发出到击打入射杆前的速度，并将煤样所受轴压传递到装有应变片的透射杆和吸收杆上数据进行接收处理，以测出煤样的应力、应变情况。
三维动载瓦斯渗透仪，包括仪器箱体、仪器顶盖，在仪器顶盖上设有入射杆，入射杆的顶端处于仪器顶盖的上方，入射杆的底端穿过仪器顶盖的中心处于仪器箱体内，在仪器箱体内设有处于入射杆底端的下方设有压力室，在压力室下方设有透射杆，在透射杆的底部设有吸收杆，在吸收杆底部设有阻尼器，在透射杆及吸收杆贴有电阻应变片，电阻应变片通过导线与动态应变仪连接；在入射杆的顶端上方设有发射器，在发射器与入射杆的顶端之间设有测速器。
在动态应变仪上连接有瞬态波形存贮器及数据处理器。
入射杆、透射杆及吸收杆的轴心在同一直线上。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用发射器发射击块来击打于入射杆的方式为煤样提供动载轴压，煤样再将该轴压传递到装有电阻应变片的透射杆和吸收杆上；通过测速器检测击块的速度，通过电阻应变片测出煤样的应力、应变情况，这样就能为煤样提供动载的轴压并进行检测。本发明的方法简单易行，所采用的装置结构简单，制作成本低廉，使用效果好。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施例：三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的测量方法，在待测煤样的围压和瓦斯压力达到所要求的数值后，通过发射器发出击块击打入射杆的顶部产生动载的轴压，使该轴压传递到煤样上；通过测速器测量击块从发射器发出到击打入射杆前的速度，并将煤样轴压传递到装有应变片的透射杆和吸收杆上数据进行接收处理，以测出煤样的应力、应变情况。
三维动载瓦斯渗透仪的结构如图1所示，在制作时，采用一般的三轴渗透仪的基础上进行改装，穿过仪器顶盖2中部装有入射杆3，入射杆3的顶端处于仪器顶盖2的上方，入射杆3的底端穿过仪器顶盖2的中心处于仪器箱体1内，在仪器箱体1内设有处于入射杆3底端的下方设有压力室4，在压力室4下方设有透射杆5，在透射杆5的底部设有吸收杆6，在吸收杆6底部设有阻尼器13，在透射杆5及吸收杆6贴有金属箔式的电阻应变片7，电阻应变片7的导线从仪器箱体1底部开的接线出口穿出后与动态应变仪8连接；在入射杆3的顶端上方设有发射器9，在发射器9与入射杆3的顶端之间设有测速器10（测速器10为两台激光测速仪）；在动态应变仪8上连接有瞬态波形存贮器11及数据处理器12（数据处理器12为装有A/D转换器的微机系统）；入射杆3、透射杆5及吸收杆6的轴心在同一直线上，制作的直径、材质均相同，都可采用工具钢T8（HRC>62）进行制作。
试件所受的轴压由发射器9施加，测速器10用于测量发射器9发出的击块的速度；透射杆5及吸收杆6上的电阻应变片7获取的信号通过动态应变仪8输给瞬态波形存贮器，然后采用数据处理器12进行数据处理。
围压在三轴室中用数控油压泵加进行施加，施加的围压通过数控围压泵测量。
瓦斯压力由瓦斯罐通过管道而渗入煤样，瓦斯压力和围压是从高精度的压力表测定，利用数字化瓦斯流量测试仪对煤样渗透速度进行测定；瓦斯压力由浓度为99.9%的瓦斯罐提供，瓦斯渗透速度有数字化瓦斯流量仪器测量。
实验原理：实验前先对煤样进行真空处理，抽去煤样空隙中的空气，然后套上乳胶套，并将其置于压力室4内。通过数控泵保持围压恒定，通过瓦斯罐上的平衡阀来保持实验过程中的瓦斯压力恒定。实验开始时先略加轴压，将煤样压住，然后施加围压与瓦斯压力，为防止煤样内的瓦斯溢处，在此过程中保持围压不小于瓦斯压力。待围压和瓦斯压力达到所要求的数值后，再开始对其施加轴压。最后通过测速器10、围压控制器、瓦斯压力控制器、动态应变仪8等仪器内的数据，得出动载作用力下对煤的瓦斯渗透性的影响。
Claims (4)
1.一种三维动载瓦斯渗透仪，包括仪器箱体（1）、仪器顶盖（2），其特征在于：在仪器顶盖（2）上设有入射杆（3），入射杆（3）的顶端处于仪器顶盖（2）的上方，入射杆（3）的底端穿过仪器顶盖（2）的中心处于仪器箱体（1）内，在仪器箱体（1）内设有处于入射杆（3）底端的下方的压力室（4），在压力室（4）下方设有透射杆（5），在透射杆（5）的底部设有吸收杆（6），在吸收杆（6）底部设有阻尼器（13），在透射杆（5）及吸收杆（6）贴有电阻应变片（7），电阻应变片（7）通过导线与动态应变仪（8）连接；在入射杆（3）的顶端上方设有发射器（9），在发射器（9）与入射杆（3）的顶端之间设有测速器（10）。
2.根据权利要求1所述的三维动载瓦斯渗透仪，其特征在于：在动态应变仪（8）上连接有瞬态波形存贮器（11）及数据处理器（12）。
3.根据权利要求1所述的三维动载瓦斯渗透仪，其特征在于：入射杆（3）、透射杆（5）及吸收杆（6）的轴心在同一直线上。
4.一种采用权利要求1所述的三维动载瓦斯渗透仪测量三维动载瓦斯渗透试验中施加动载轴压的方法，其特征在于：在待测煤样的围压和瓦斯压力达到所要求的数值后，通过发射器发出击块击打入射杆的顶部产生动载的轴压，使该轴压传递到煤样上；通过测速器测量击块从发射器发出到击打入射杆前的速度，并将煤样轴压传递到装有应变片的透射杆和吸收杆上的数据进行接收处理，以测出煤样的应力、应变情况。
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