CN102262030A - 湿热环境深部软岩吸附气体实验系统 - Google Patents

湿热环境深部软岩吸附气体实验系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，包括气源、气体制备室、软岩-气体吸附室、称重子系统以及操控子系统，气源对相互连通的气体制备室和软岩-气体吸附室进行各种试验气体填充，气体制备室对试验气体的温湿度和浓度进行控制，称重子系统对软岩-气体吸附室内软岩样品的气体吸附过程实时测量，最终，经操控子系统分析得出深部软岩吸附气体的特点、机理和重要因素的影响。其试验过程环境稳定，读数准确，试验结果可靠，整个研究结果不仅具有学术意义，对深部软岩工程稳定支护设计、施工及维护与安全生产等更具深远的工程应用前景。

Description

湿热环境深部软岩吸附气体实验系统
技术领域
本发明涉及一种气体吸附实验系统，特别涉及一种对地层深部软岩在不同温、湿度条件下对不同种类气体吸附特性测试的实验系统，属于岩土工程领域。
背景技术
深部软岩所处环境对岩体特性有很大的影响，对于深部岩体特性的研究是目前岩土工程的技术难点，也是亟待解决的课题之一。而关于深部软岩在一定环境下岩体特性的实验研究，目前尚没有成熟的方案和设备出现，这也严重影响了对深部软岩特性的研究过程。
发明内容
鉴于上述情况，本发明旨在提供一种可以测试各类深部软岩对不同种类气体的吸附规律，探寻各类深部软岩吸附气体特征、机制和影响因素的实验系统，以填补目前实验室空白。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，包括气源、气体制备室、软岩-气体吸附室、称重子系统以及操控子系统，气源对气体制备室和软岩-气体吸附室进行各种气体的添加供气；气体制备室与软岩-气体吸附室间设有气体循环减震通道，气体制备室内设有温湿度控制装置、气体浓度传感器和用于气体流通的循环装置；软岩-气体吸附室上设有舱门和排气口，软岩-气体吸附室内还固定有温湿度传感器；称重子系统连接在软岩-气体吸附室上，称重部分可对室内软岩进行实时测量；操控子系统连接在软岩-气体吸附室外，接受各系统探测信息并控制各系统协调工作。
所述气源为水平排列的多个钢瓶，每个钢瓶内灌装有不同种类的实验气体。
所述气体制备室上还设有声光报警器，声光报警器根据气体浓度进行超标报警。
所述气体制备室内的循环装置为风机，风机固定在气体循环通道上。
所述气体制备室由内侧的保温层和外侧的防爆层组成，保温层和防爆层之间填充有特种铝合金防爆抑爆材料。
所述软岩-气体吸附室的排气口上还设有净化装置，净化装置对排气口中排出的气体进行净化后排出。
所述软岩-气体吸附室上还设有多层真空隔温钢化玻璃观察窗。
所述称重子系统的数量为一个以上，一个以上的称重子系统均匀分布在软岩-气体吸附室上。
所述称重子系统为电子天平，电子天平的称重挂钩穿过软岩-气体吸附室壁后悬置在软岩-气体吸附室内，软岩-气体吸附室壁与称重挂钩间设有橡胶圈、硅胶圈和羊毛毡圈三层密封。
所述操控子系统为电脑。
本发明所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，利用相对独立的气体制备室和软岩-气体吸附室进行不同试验气体的填充，通过温湿度控制装置、气体浓度传感器和循环装置的联合控制，使试验气体按浓度、温度和湿度要求实现均匀状态下的模拟填充，并经电子天平的实时称重数据读取，再现深部软岩的气体吸附过程，从而分析得出深部软岩吸附气体的特点、机理和所受因素的影响，为深部软岩的开发和利用提供了可靠的试验依据。其中，吸附过程在相对独立的软岩-气体吸附室内进行，其内没有任何振动源，环境稳定，电子天平的读数准确，试验结果可靠。整个研究结果不仅具有学术意义，对深部软岩工程稳定支护设计、施工及维护与安全生产等更具深远的工程应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意简图。
具体实施方式
本发明所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，包括气源、气体制备室、软岩-气体吸附室、称重子系统以及操控子系统。其目的是通过温湿度环境模拟，实现软岩在特定环境下对各种气体的吸附过程实验，掌握吸附特征、机理和影响因素，为更好的利用和开发深部软岩提供理论依据。
下面结合附图1对本发明做进一步的描述：
气源为水平排列的多个钢瓶1，每个钢瓶1内灌装有不同种类的实验气体。本例中的实验气体为：二氧化碳、甲烷、氧气和氮气。每个钢瓶1通过管道与气体制备室2和软岩-气体吸附室3连通。
气体制备室2由十公分厚的内侧保温层和三公分的外侧防爆层组成，防爆层材料用3mm厚45号碳钢板焊接而成，保温层和防爆层之间填充有特种铝合金防爆抑爆材料，使得该设备具有安全防爆性能。气体制备室2内设有温湿度控制装置5、气体浓度传感器6、声光报警器12和用于气体流通的循环装置。温湿度控制装置5对气体制备室2内进行温湿度调节和控制，保证环境模拟过程更真实、可靠。气体浓度传感器6用于探测各实验气体的浓度，控制添加量，保证实验准确性。当浓度超过设定标准时，声光报警器12可进行报警提示。气体制备室2与软岩-气体吸附室3间通过循环减震管道8连通，减震管道8可降低气体制备室2内的振动对软岩-气体吸附室3的影响。在减震管道8的通路上还设置了作为循环装置的风机7，风机7可对混合试验气体进行搅拌并实现流通控制，保证实验气体混合均匀。
软岩-气体吸附室3上设有舱门、观察窗、排气口13和位于排气口13上的净化装置14，软岩-气体吸附室3内固定有温湿度传感器11，温湿度传感器11用于探测室内温湿度环境，反馈探测信息，为有效控制温湿度控制装置5工作提供数据。净化装置14用于对排气口13中排出的气体进行净化处理，避免实验气体污染周围环境，保证排出气体质量。软岩-气体吸附室3的箱体尺寸为：810mm(深)*780mm(宽)*500mm(高)，观察窗为多层真空隔温钢化玻璃制成，测试用软岩样品10就放置在软岩-气体吸附室3内。
称重子系统连接在软岩-气体吸附室3上，称重子系统为电子天平9，为提高测试效率，并对测试结果进行比较，安装在软岩-气体吸附室3上的电子天平9的数量为六个，六个电子天平9的称重挂钩穿过软岩-气体吸附室壁后悬置在软岩-气体吸附室3内，软岩-气体吸附室壁与称重挂钩间为防止气体泄漏，还设有橡胶圈、硅胶圈和羊毛毡圈三层密封。软岩-气体吸附室3内的测试用软岩样品10挂在称重挂钩上，通过电子天平9可以随时读取称重的变化，确定气体吸附进程。当然，根据软岩-气体吸附室3的大小和实验需要，安装在软岩-气体吸附室3上的电子天平9的数量也可为更多个。
操控子系统为一个控制电脑4，电脑4固定连接在软岩-气体吸附室3外，接受各系统探测信号的同时将控制信号发送到各系统中，实现各系统协调工作。
实验时，首先将软岩样品10分别挂载在称重挂钩上，关闭舱门，开启装有氮气的钢瓶，将氮气注入到气体制备室2和软岩-气体吸附室3内，室内空气被逐渐净化。氮气注满后，关闭氮气进气阀，打开其它三个测试气体钢瓶，根据电脑4控制，将规定数量的各测试气体分别注入到气体制备室2和软岩-气体吸附室3内。三种测试气体注入过程中，气体浓度传感器6始终监测各气体在室内所含浓度，确保注入试验气体含量准确。如某一气体发生超过规定浓度时，声光报警器12发出报警提示，同时，电脑4切断各系统电源，气体停止注入。气体制备室2上的气体浓度传感器6只对二氧化碳、甲烷和氧气浓度进行探测，而作为开始阶段起到排除空气作用的氮气，则不直接做浓度测试，其浓度由其它三种气体的浓度含量来反向确定。接着，启动温湿度控制装置5和风机7，对充入的试验气体进行温湿度调节，并利用风机7对混合气体进行搅拌和流通控制，保证试验气体充分混合并均匀充满气体制备室2和软岩-气体吸附室3中。开启电子天平9，电脑4不断读取电子天平9上的数据信息，并记录下软岩样品10吸附气体后的重量变化情况，从而通过分析、比较，确定出深部软岩吸附气体的特点、过程和机理，以及受哪些因素的影响。最后，开启排气口13，经净化装置14将四种试验气体净化后排出，整个试验过程完成。

Claims (10)

1.湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，包括气源、气体制备室、软岩-气体吸附室、称重子系统以及操控子系统，所述气源对气体制备室和软岩-气体吸附室进行各种气体的添加供气；所述气体制备室与软岩-气体吸附室间设有气体循环减震通道，气体制备室内设有温湿度控制装置、气体浓度传感器和用于气体流通的循环装置；所述软岩-气体吸附室上设有舱门和排气口，软岩-气体吸附室内还固定有温湿度传感器；所述称重子系统连接在软岩-气体吸附室上，称重部分可对室内软岩进行实时测量；所述操控子系统连接在软岩-气体吸附室外，接受各系统探测信息并控制各系统协调工作。
2.根据权利要求1所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述气源为水平排列的多个钢瓶，每个钢瓶内灌装有不同种类的实验气体。
3.根据权利要求1所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述气体制备室上还设有声光报警器，声光报警器根据气体浓度进行超标报警。
4.根据权利要求1或3所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述气体制备室内的循环装置为风机，风机固定在气体循环通道上。
5.根据权利要求1或3所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述气体制备室由内侧的保温层和外侧的防爆层组成，保温层和防爆层之间填充有特种铝合金防爆抑爆材料。
6.根据权利要求1所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述软岩-气体吸附室的排气口上还设有净化装置，净化装置对排气口中排出的气体进行净化后排出。
7.根据权利要求1或6所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述软岩-气体吸附室上还设有多层真空隔温钢化玻璃观察窗。
8.根据权利要求1所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述称重子系统的数量为一个以上，一个以上的称重子系统均匀分布在软岩-气体吸附室上。
9.根据权利要求1或8所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述称重子系统为电子天平，电子天平的称重挂钩穿过软岩-气体吸附室壁后悬置在软岩-气体吸附室内，软岩-气体吸附室壁与称重挂钩间设有橡胶圈、硅胶圈和羊毛毡圈三层密封。
10.根据权利要求1所述的湿热环境深部软岩吸附气体实验系统，其特征在于，所述操控子系统为电脑。
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