CN103983302A - 一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可实现煤体吸附、解吸瓦斯气体过程中变形和变形力同时直接测试的多功能测试系统，以解决实验室条件下，难以真实、可靠地测定煤体因吸附、解吸瓦斯气体发生的变化。即一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，包括试验罐系统、恒温系统、气压系统和测量系统。所述试验罐系统包括底座、罐体、限位压杆、测力传感器和限位机构。所述恒温系统包括一个上端敞口的槽体。所述气压系统包括高压储气钢瓶、气瓶阀、四通接头、排气阀、真空阀和真空泵。所述测量系统包括电阻应变计、应变采集仪、声发射传感器和声发射采集装置。本发明可实现不同瓦斯压力、不同温度、不同应变条件和/或不同初始应力条件下煤体吸附、解吸瓦斯气体过程中变形量及变形力直接测试的可靠测试。

Description

一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统

技术领域

本发明涉及一种试验测试装置，特别是涉及一种用于测量煤体吸附、解吸瓦斯气体过程中煤体变形及变形力的测试装置和方法。

背景技术

矿井瓦斯生成于煤的变质阶段，主要以吸附于微孔隙表面以及承压于煤岩体孔、裂隙内的状态赋存。煤体-围岩体系在瓦斯压力与共同作用下处于相对静止的平衡状态。当井工采矿活动进入煤层及其围岩中，这种平衡状态受到扰动，导致煤岩体应力场重新分布与煤岩层中瓦斯的重新运移。在平衡状态改变过程中，煤体的微细观结构变化除了受到围岩应力的作用外，在很大程度上还受到游离态瓦斯产生的孔隙气体压力和吸附态瓦斯产生的煤体膨胀变形的影响。大量研究成果已经表明，煤体吸附瓦斯会发生膨胀变形，解吸瓦斯会发生收缩变形，这种变形会导致煤体强度、应力状态和孔隙性发生变化，进而影响煤与瓦斯突出特性和煤层透气性。因此，研究煤体吸附、解吸瓦斯变形和变形力的动态演化特征与机理对深入认识煤岩瓦斯动力灾害的演化机理、获得煤层瓦斯的真实运移规律、指导煤层气高产高效开采等具有重要意义。

近年来，随着人们对煤岩瓦斯动力灾害发生机制、煤层气开采、以及CO2煤层封存等技术关注程度的不断提高，许多研究者开始了煤岩吸附变形特征方面的研究，并相继开发了测试煤岩吸附、解吸变形的技术和装置。这些装置虽然推进了人们对煤岩吸附、解吸变形特征及其机理的认识，但在实验条件上或多或少还存在一些不足：1、绝大多数装置仅能单纯测试煤岩吸附、解吸变形，然后假定煤样变形力和变形之间服从胡克定律，从而间接计算出煤样吸附、解吸变形力，而煤样真实的吸附、解吸变形力与变形之间的关系到底如何，其真实的演化规律等问题还值得深入探讨。2、这些实验装置所考虑的吸附、解吸变形或变形力影响因素相对比较单一，没有一个装置将瓦斯压力、温度、应变条件、初始应力、变形、变形力、声发射监测等综合考虑。因此，所进行的实验不能较真实地模拟现场实际煤层吸附、解吸瓦斯条件。3、适应的试验气体压力大多数在5MPa以内。随着我国煤矿往深部延伸，已有部分矿井煤层瓦斯压力达到6MPa以上，而煤体在高压下往往表现出不同于低压时的特性，因此需要能实现高压吸附、解吸变形的测试装置(0MPa～10MPa)。4、不能有效监测到试件在吸附、解吸瓦斯过程中的声发射信号，也就不能利用声发射技术揭示吸附、解吸瓦斯过程中试件内部损伤演化规律。

发明内容

本发明的目的是解决实验室条件下，难以真实、可靠地测定煤体因吸附、解吸瓦斯气体发生的变形和变形力。即提供一种可实现煤体吸附、解吸瓦斯气体过程中变形和变形力同时直接测试的多功能测试系统。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：包括试验罐系统、恒温系统、气压系统和测量系统。

所述试验罐系统中，包括底座、罐体、限位压杆、测力传感器和限位机构。所述底座是一个上端敞口、下端封闭的中空体，所述罐体是一个上端封闭、下端敞口的中空体。

试验时，所述罐体的下端扣合在所述底座的上端，使得所述底座的内腔和所述罐体的内腔共同组成一个具有气密性的试验腔体。

所述试验腔体内放置测力传感器和试件。所述测力传感器的下端放置在所述底座内腔的底部，所述测力传感器的上端与接头的下表面接触。所述接头的上表面与所述试件的下表面接触。所述罐体的上端具有供限位压杆穿过的通孔。所述限位压杆的上端与设置在所述罐体上方的限位机构接触。所述限位压杆的下端从所述罐体顶部的通孔中穿入到所述试验腔体后，与所述试件的上表面接触。所述罐体上还设置有气孔。

所述恒温系统包括一个上端敞口的槽体，试验时，所述槽体内充入恒温水，所述底座和罐体浸入所述恒温水中。

所述气压系统包括高压储气钢瓶、气瓶阀、四通接头、排气阀、真空阀和真空泵。所述高压储气钢瓶的出气口连接气瓶阀。所述气瓶阀的出气口通过管道与所述四通接头的管口Ⅰ连接。所述四通接头的管口Ⅱ通过管道与排气阀的进气口连接。所述四通接头的管口Ⅲ通过管道与所述罐体上的气孔连接。所述四通接头的管口Ⅳ通过管道与真空阀的进气口连接。所述真空阀的出气口通过管道与真空泵连接。

所述测量系统包括电阻应变计和应变采集仪。试验时，所述电阻应变计粘贴在所述试件的外表面。所述应变采集仪通过数据线与电阻应变计相连。

所述测量系统还包括声发射传感器，及其声发射采集装置。所述声发射传感器贴在所述限位压杆的外表面。试验时，所述声发射传感器采集到的信号传递给所述声发射采集装置。

进一步，所述槽体内安装加热管、隔板、温度传感器和循环水泵。所述隔板悬空架设在槽体内，所述底座的下端放置在所述隔板的上表面。所述加热管位于所述隔板的下方。通过安装在所述槽体外的温控仪控制所述加热管。通过所述循环水泵带动槽体内的恒温水循环流动。

进一步，所述试验罐系统的限位机构由立柱、加载手轮和限位板构成。

所述限位板位于所述罐体的上方。

所述立柱的下端固定在罐体的上端。所述立柱的上端支撑所述限位板。

所述加载手轮安装在限位板上方。所述加载手轮的下端连接伸缩杆。所述限位板上具有供所述伸缩杆穿过的螺孔。所述伸缩杆的下端旋入所述限位板上的螺孔后，与所述限位压杆的上端接触。

进一步，所述限位板开有一个叉口，所述叉口连通所述螺孔。所述限位板一侧设有一“L”型缺口，所述“L”型缺口内旋入紧固螺钉，所述紧固螺钉贯穿所述叉口。

进一步，所述气压系统中还包括减压阀和数显气体压力传感器。

连接所述气瓶阀的出气口与所述四通接头的管口Ⅰ的管道上安装所述减压阀和数显气体压力传感器。

进一步，所述气压系统中还包括过滤器、真空度传感器和数显真空度表。

连接所述真空阀的出气口与真空泵的管道上安装过滤器。

所述真空阀的出气口处还安装有真空度传感器，所述数显真空度表显示所述真空度传感器测量的真空度。

进一步，所述测量系统中的声发射采集装置包括信号放大器、声发射卡和声发射采集机箱。

试验时，所述声发射传感器采集到的信号依次传递给所述信号放大器、声发射卡和声发射采集机箱。

进一步，所述测量系统中还包括采集卡。试验时，所述测力传感器采集的数据通过数据线传递给所述采集卡。

值得说明的是，本发明所公开的装置系统的使用可以参考以下方法：

1)试件的制备：

原煤试件：从回采工作面挑选大块煤样搬运至地面，然后采用取芯机钻取圆柱体煤样，再在实验室对煤样进行切割、打磨、抛光等处理，加工成Φ50mm×100mm的圆柱体标准试件，最后根据需要将加工好的煤样置于干燥箱或恒温恒湿箱中制备成干燥煤样或不同含水率煤样，以备实验之用。

型煤试件：首先将所取原始煤块用粉碎机粉碎，然后筛选60～80目的煤粒加入少许水拌匀，再放入成型模具内，采用200t刚性试验机以100MPa的压力压制成Φ50mm×100mm的圆柱体标准试件，最后根据需要将加工好的煤样置于干燥箱或恒温恒湿箱中制备成干燥煤样或不同含水率煤样，以备实验之用。

2)煤样吸附、解吸变形及变形力动态演化过程测试：

A.试件安装：首先将测力传感器底部均匀涂抹一层黄油，使测力传感器能够稳固的粘贴在底座内腔底部(或底部的圆形凹座上)，连接好测力传感器数据线，同时在测力传感器压头上也涂抹一层黄油后，将接头下端球面凹槽套在测力传感器压头上。然后在试件侧面中部位置安装相互垂直的两个电阻应变计，分别用以测试轴向应变和径向应变。然后在试件上下端面均涂抹一层黄油后将试件小心放置在接头上的圆形凹槽内，连接好电阻应变计导线。再罐体和底座对位好，紧好螺钉。最后将气体压力控制系统中四通接头第三气路通过高压四氟软管与罐体上的气孔(安装有进排气接头)连接。

B.恒温：将装好试件的试验罐系统放置于恒温系统中，关闭气瓶阀、减压阀和真空阀，打开排气阀，使系统与外界空气畅通。槽体内充入一定量的水，水位以介于罐体上表面和限位压杆上部的平面缺口之间为宜，设定好温度，并启动循环水泵。

C.真空脱气：待试件应变不再变化时，关闭排气阀，打开真空阀，开启真空泵，对系统进行抽真空。待真空度达到4.0Pa以下时，仍保持抽真空状态一定时间。

D.施加初始应力：关闭真空阀和真空泵，缓慢调节加载手轮，对试件施加一定的初始应力。

E.安装声发射传感器：采用黄油作为耦合剂，将声发射传感器粘贴在限位压杆上部的平面缺口上，并用透明胶带进行固定。

F.进行试验：按照制定的试验方案进行不同条件下的试验。如进行定压吸附试验时，首先打开气瓶阀，然后缓慢调节减压阀，同时观测数显压力传感器数值，待气体压力值升至设定值时停止调节减压阀即可。又如进行定容吸附试验时，首先打开气瓶阀，然后缓慢调节减压阀，同时观测数显压力传感器数值，待气体压力值升至设定值时关闭减压阀即可。再如进行瓦斯解吸试验时，当测量解吸到标准大气压时，只需在关闭减压阀的前提条件下，打开排气阀，使系统与外界大气畅通即可。当进行逐级降压测试时，需在关闭减压阀的前提条件下，缓慢开启排气阀，同时观测数显压力传感器数值，待压力降低至一定值时关闭排气阀即可。

G.测定参数：所要测定的参数有：温度、瓦斯压力、初始应力、变形力、轴向应变、径向应变、声发射参数等。

3)煤样自由膨胀条件下的吸附、解吸变形动态演化过程测试：

a.试件安装：首先在试件侧面中部位置安装相互垂直的两个电阻应变计，分别用以测试轴向应变和径向应变。然后将试件直接放置在试验罐底座内腔底部的圆形凹座上，连接好电阻应变计导线。再将罐体和底座对位好，紧好螺钉。最后将气体压力控制系统中四通接头第三气路通过高压四氟软管与罐体上的气孔(安装有进排气接头)连接。

b.恒温：将装好试件的试验罐系统放置于恒温系统中，关闭气瓶阀、减压阀和真空阀，打开排气阀，使系统与外界空气畅通。槽体内充入一定量的水，水位以介于罐体上表面和限位压杆上部的平面缺口之间为宜，设定好温度，并启动循环水泵。

c.真空脱气：待试件应变不再变化时，关闭排气阀，打开真空阀，开启真空泵，对系统进行抽真空。待真空度达到4.0Pa以下时，仍保持抽真空状态一定时间。

d.进行试验：按照制定的试验方案进行不同条件下的试验。如进行定压吸附试验时，首先打开气瓶阀，然后缓慢调节减压阀，同时观测数显压力传感器数值，待气体压力值升至设定值时停止调节减压阀即可。又如进行定容吸附试验时，首先打开气瓶阀，然后缓慢调节减压阀，同时观测数显压力传感器数值，待气体压力值升至设定值时关闭减压阀即可。再如进行瓦斯解吸试验时，当测量解吸到标准大气压时，只需在关闭减压阀的前提条件下，打开排气阀，使系统与外界大气畅通即可。当进行逐级降压测试时，需在关闭减压阀的前提条件下，缓慢开启排气阀，同时观测数显压力传感器数值，待压力降低至一定值时关闭排气阀即可。

e.测定参数：所要测定的参数有：温度、瓦斯压力、轴向应变、径向应变、声发射参数等。

本发明的有益效果是：

(1)本发明较好地解决了煤体吸附、解吸瓦斯过程中煤体变形与变形力同步测量的问题，能够直接反应煤体在吸附、解吸瓦斯过程中的变形与变形力动态演化特征。

(2)本发明综合反映了温度、瓦斯压力、初始应力、应变条件对瓦斯吸附、解吸过程中煤体变形与变形力动态演化特征的影响，既能进行单因素影响下的试验，又能进行多因素耦合作用下的试验，所进行的试验能较好的模拟现场实际煤层吸附、解吸瓦斯条件。

(3)本发明限位压杆采用基部和杆体一体设计，通过加载手轮施加初始应力后限位压杆与试件直接紧密接触，并在限位压杆与试件接触面有黄油进行耦合，使安装在限位压杆上端缺口平面的声声发射传感器能够有效采集试件在实验过程中产生的声发射信号，保证了实验数据的可靠性。

(4)本发明的结构简单、密封性能好、强度高，能满足较高气体吸附压力的要求，适应范围广，可以更为真实地模拟矿井煤岩瓦斯动力灾害演化、煤层瓦斯抽采(或煤层气开发)及CO2煤层封存等气体吸附解吸问题的现场条件，为更深入地研究提供室内试验研究条件。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。

图2为图1中试验罐整体装配效果示意图；

图3为图1中加载手轮的结构示意图；

图4为图1中限位板的结构示意图；

图5为图1中限位压杆的结构示意图；

图6为图1中接线柱的结构示意图；

图7为图1中A局部放大图。

图8为图1中B局部放大图。

图中：高压储气钢瓶1、气瓶阀2、减压阀3、三通接头4、数显气体压力传感器5、四通接头6、排气阀7、真空阀8、过滤器9、真空度传感器10、数显真空度表11、真空泵12、信号放大器13、声发射卡14、声发射采集机箱15、应变采集仪16、计算机17、采集卡18、槽体19、底座20、罐体21、限位机构22、加热管23、隔板24、温度传感器25、循环水泵26、温控仪27、立柱28、加载手轮29、限位板30、限位压杆31、声发射传感器32、进排气接头33、试验腔体34、试件35、接线柱36、底座内腔37、测力传感器38、接头39、电阻应变计40、密封组件41、通孔螺柱42、导线43、环氧树脂44、密封平垫圈45、四氟平垫圈46、紧固螺钉47、罐体内腔48。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：包括试验罐系统、恒温系统、气压系统和测量系统。

所述试验罐系统中，包括底座20、罐体21、限位压杆31、测力传感器38和限位机构。所述底座20是一个上端敞口、下端封闭的中空体，所述罐体21是一个上端封闭、下端敞口的中空体。

试验时，所述罐体21的下端扣合在所述底座20的上端，使得所述底座20的内腔和所述罐体21的内腔共同组成一个具有气密性的试验腔体34。参见图2，罐体内腔48位于底座内腔37上部，二者共同组成试验腔体34。本实施例中，所述底座20和所述罐体21可以分离，便于向所述试验腔体34内取放物体。进一步，所述罐体21的上端部设有径向凸缘21a，便于人工搬运。所述罐体21的下端部向外翻折形成罐体连接盘21b，即所述罐体21的下端部形成连接法兰，这样就使得所述罐体21便于和所述底座20通过螺栓进行连接。为保证气密性，在所述罐体21与所述底座21连接处设有四氟平垫圈46。更进一步，所述罐体连接盘21b内侧设有“L”形环槽21c。所述底座20上端面内侧设有与所述“L”形环槽21c匹配的轴向凸缘20a。所述“L”形环槽21c和所述轴向凸缘20a内各设有两条矩形环槽21d，20b。所述四氟平垫圈46设在所述轴向凸缘20a的顶部。

所述试验腔体34内放置测力传感器38和试件35。所述测力传感器38的下端放置在所述底座20内腔的底部，所述测力传感器38的上端与接头39的下表面接触。所述接头39的上表面与所述试件35的下表面接触。实施例中，所述接头39是一个圆柱体，其上端面设有一与试件匹配的圆形凹槽，其下端面中部设有一与所述测力传感器38压头匹配的球面凹槽。优选地，所述测力传感器38应当具有较好的刚性。所述罐体21的上端具有供限位压杆31穿过的通孔。所述限位压杆31的上端与设置在所述罐体21上方的限位机构接触。所述限位压杆31的下端从所述罐体21顶部的通孔中穿入到所述试验腔体34后，与所述试件35的上表面接触。实施例中，所述限位压杆31的下方连接压盘，该压盘与限位压杆31一体成型。试验时，所述压盘的下表面与所述试件35的上表面接触。值得说明的是，所述限位压杆31会发生上下移动。将所述试件35放置在所述测力传感器38与所述限位压杆31之间后，通过所述限位机构对所述限位压杆31施力，就使得所述试件35被固定在所述测力传感器38与所述限位压杆31之间。还可以根据试验要求，继续对所述限位压杆31施加向下的力，使得所述试件35承受一定的作用力。所述限位压杆31与罐体21的接触处应当具有气密性，较为通用的一种方式是：在所述罐体21轴向通孔(供所述限位压杆31穿过)中装有密封组合件41，所述限位压杆通过该密封组合件套装在所述罐体21上；所述密封组合件41由2个“O”形密封圈、一个“Y”形密封圈和导向套等组成。

所述罐体21上还设置有气孔。实施例中，所述气孔内安装进排气接头33，便于对试验腔体34的充排气操作。

所述恒温系统包括一个上端敞口的槽体19，试验时，所述槽体19内充入恒温水，所述底座20和罐体21浸入所述恒温水中。

所述气压系统包括高压储气钢瓶1、气瓶阀2、四通接头6、排气阀7、真空阀8和真空泵12。所述高压储气钢瓶1的出气口连接气瓶阀2。所述气瓶阀2的出气口通过管道与所述四通接头6的管口Ⅰ连接。所述四通接头6的管口Ⅱ通过管道与排气阀7的进气口连接。所述四通接头6的管口Ⅲ通过管道与所述罐体21上的气孔连接。所述四通接头6的管口Ⅳ通过管道与真空阀8的进气口连接。所述真空阀8的出气口通过管道与真空泵12连接。实施例中，所述高压储气钢瓶1内充满作为试验气体的CH4等气体，所述真空阀8将所述试验腔体34抽真空后，即可以向其内部充入具有一定压力的试验气体，使得试件35处于一定压力的试验气体的气氛之中。实施例中，还可以关闭所述高压储气钢瓶1，通过排气阀7将试验气体放掉或抽出，使得试件35不处于试验气体的气氛之中。优选地，本发明所用的气体管道均采用高压四氟软管，既便于试验操作，又能够避免试验时漏气发生事故。

所述测量系统包括电阻应变计40和应变采集仪16。试验时，所述电阻应变计40通过“502胶水”粘贴在所述试件35的外表面。所述应变采集仪16通过数据线与电阻应变计40相连。参见附图，所述试件35为圆柱体煤样，所述电阻应变计40为粘贴在所述圆柱体煤样侧面的应变片。优选地，在所述试件35的外表面安装相互垂直的两个电阻应变计40，分别用以测试轴向应变和径向应变。

所述测量系统还包括声发射传感器32，及其声发射采集装置。所述声发射传感器32贴在所述限位压杆31的外表面。实施例中，可以将所述限位压杆31的外表面磨出一平面缺口31c，以便于声发射传感器32(探头)的安装。试验时，所述声发射传感器32采集到的信号传递给所述声发射采集装置。实施例中，所述应变采集仪16、声发射采集装置均与计算机17连接，以便将试验时采集到的数据传递给计算机17，作进一步分析处理。

实施例2

本实施例的主要结构同实施例1，进一步地，所述槽体19内安装加热管23、隔板24、温度传感器25和循环水泵26。所述隔板24悬空架设在槽体19内，所述底座20的下端放置在所述隔板24的上表面。所述加热管23位于所述隔板24的下方。通过安装在所述槽体19外的温控仪27控制所述加热管23。通过所述循环水泵26带动槽体19内的恒温水循环流动。所述温度传感器25位于槽体19外部，通过导线与加热管23和温度传感器25连接，控制水温。

试验时，所述槽体19内充入恒温水，所述底座20和罐体21浸入所述恒温水中。通过所述循环水泵26带动恒温水循环流动。优选地，所述循环水泵26共布置两个，分别布置在槽体19两侧的深部和浅部。

实施例3

本实施例的主要结构同实施例1，进一步地，所述试验罐系统的限位机构由立柱28、加载手轮29和限位板30构成。

所述限位板30位于所述罐体21的上方。

所述立柱28的下端固定在罐体21的上端。所述立柱28的上端支撑所述限位板30。

所述加载手轮29安装在限位板30上方。所述加载手轮29的下端连接伸缩杆。实施例中，所述加载手轮29和伸缩杆是一体成型的，其截面是“T”型。所述限位板30上具有供所述伸缩杆穿过的螺孔。所述伸缩杆的下端旋入所述限位板30上的螺孔后，与所述限位压杆31的上端接触。进一步，在所述加载手轮29上端面中部设有一内六角凹槽29a，下端面设有一球面凹槽29b。所述限位压杆31包括一体成型的基部31a和杆体31b，所述限位压杆31下端基部31a位于所述试验腔内，上部杆体31b伸出所述罐体21外；所述杆体31b上端为与所述加载手轮手轮29球面凹槽29b配合的球面弧形。

优选地，所述限位板30开有一个叉口30a，所述叉口30a连通所述螺孔。所述限位板30一侧设有一“L”型缺口30b，所述“L”型缺口内旋入紧固螺钉47，所述紧固螺钉47贯穿所述叉口30a。

实施例4

本实施例的主要结构同实施例1，进一步地，所述气压系统中还包括减压阀3和数显气体压力传感器5。

连接所述气瓶阀2的出气口与所述四通接头6的管口Ⅰ的管道上安装所述减压阀3和数显气体压力传感器5。实施例中，所述三通接头4将连接所述气瓶阀2的出气口与所述四通接头6的管口Ⅰ的管道分支，以便安装数显气体压力传感器5。

实施例5

本实施例的主要结构同实施例1，进一步地，所述气压系统中还包括过滤器9、真空度传感器10和数显真空度表11。

连接所述真空阀8的出气口与真空泵12的管道上安装过滤器9。以防止试件35产生的粉尘和水分进入所述真空阀8。

所述真空阀8的出气口处还安装有真空度传感器10，所述数显真空度表11显示所述真空度传感器10测量的真空度，即获得试验腔体34内的真空度。

实施例6

本实施例的主要结构同实施例1，进一步地，所述测量系统中的声发射采集装置包括信号放大器13、声发射卡14和声发射采集机箱15。

试验时，所述声发射传感器32采集到的信号依次传递给所述信号放大器13、声发射卡14和声发射采集机箱15。

进一步地，所述测量系统中还包括采集卡18。试验时，所述测力传感器38采集的数据通过数据线传递给所述采集卡18。

本实施例中，所述底座20侧壁设有接线柱36；所述接线柱36包括通孔螺柱42和导线43；所述通孔螺柱的螺杆42a与所述底座20螺纹配合，该螺杆42a内设有一贯穿螺杆42a的通孔；所述通孔螺柱42的头部42b与所述底座20间设有密封平垫圈45，该头部42b内沿轴向设有与所述通孔相通的若干小孔；所述导线43通过环氧树脂44封装在螺柱42通孔内，该导线43的一端沿通孔伸入所述内腔37；所述导线43的另一端穿过所述小孔后与外界设备连接，以保证试验腔体34的气密性。

Claims (8)

1.一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：包括试验罐系统、恒温系统、气压系统和测量系统；

所述试验罐系统中，包括底座(20)、罐体(21)、限位压杆(31)测力传感器(38)和限位机构；所述底座(20)是一个上端敞口、下端封闭的中空体，所述罐体(21)是一个上端封闭、下端敞口的中空体；

试验时，所述罐体(21)的下端扣合在所述底座(20)的上端，使得所述底座(20)的内腔和所述罐体(21)的内腔共同组成一个具有气密性的试验腔体(34)；

所述试验腔体(34)内放置测力传感器(38)和试件(35)；所述测力传感器(38)的下端放置在所述底座(20)内腔的底部，所述测力传感器(38)的上端与接头(39)的下表面接触；所述接头(39)的上表面与所述试件(35)的下表面接触；所述罐体(21)的上端具有供限位压杆(31)穿过的通孔；所述限位压杆(31)的上端与设置在所述罐体(21)上方的限位机构接触；所述限位压杆(31)的下端从所述罐体(21)顶部的通孔中穿入到所述试验腔体(34)后，与所述试件(35)的上表面接触；所述罐体(21)上还设置有气孔；

所述恒温系统包括一个上端敞口的槽体(19)，试验时，所述槽体(19)内充入恒温水，所述底座(20)和罐体(21)浸入所述恒温水中；

所述气压系统包括高压储气钢瓶(1)、气瓶阀(2)、四通接头(6)、排气阀(7)、真空阀(8)和真空泵(12)；所述高压储气钢瓶(1)的出气口连接气瓶阀(2)；所述气瓶阀(2)的出气口通过管道与所述四通接头(6)的管口Ⅰ连接；所述四通接头(6)的管口Ⅱ通过管道与排气阀(7)的进气口连接；所述四通接头(6)的管口Ⅲ通过管道与所述罐体(21)上的气孔连接；所述四通接头(6)的管口Ⅳ通过管道与真空阀(8)的进气口连接；所述真空阀(8)的出气口通过管道与真空泵(12)连接；

所述测量系统包括电阻应变计(40)和应变采集仪(16)；试验时，所述电阻应变计(40)粘贴在所述试件(35)的外表面；所述应变采集仪(16)通过数据线与电阻应变计(40)相连；

所述测量系统还包括声发射传感器(32)，及其声发射采集装置；所述声发射传感器(32)贴在所述限位压杆(31)的外表面；试验时，所述声发射传感器(32)采集到的信号传递给所述声发射采集装置。

2.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述槽体(19)内安装加热管(23)、隔板(24)、温度传感器(25)和循环水泵(26)；所述隔板(24)悬空架设在槽体(19)内，所述底座(20)的下端放置在所述隔板(24)的上表面；所述加热管(23)位于所述隔板(24)的下方；通过安装在所述槽体(19)外的温控仪(27)控制所述加热管(23)；通过所述循环水泵(26)带动槽体(19)内的恒温水循环流动。

3.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述试验罐系统的限位机构由立柱(28)、加载手轮(29)和限位板(30)构成；

所述限位板(30)位于所述罐体(21)的上方；

所述立柱(28)的下端固定在罐体(21)的上端；所述立柱(28)的上端支撑所述限位板(30)；

所述加载手轮(29)安装在限位板(30)上方；所述加载手轮(29)的下端连接伸缩杆；所述限位板(30)上具有供所述伸缩杆穿过的螺孔；所述伸缩杆的下端旋入所述限位板(30)上的螺孔后，与所述限位压杆(31)的上端接触。

4.根据权利要求3所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述限位板(30)开有一个叉口(30a)，所述叉口(30a)连通所述螺孔；所述限位板(30)一侧设有一“L”型缺口(30b)，所述“L”型缺口内旋入紧固螺钉(47)，所述紧固螺钉(47)贯穿所述叉口(30a)。

5.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述气压系统中还包括减压阀(3)和数显气体压力传感器(5)；

连接所述气瓶阀(2)的出气口与所述四通接头(6)的管口Ⅰ的管道上安装所述减压阀(3)和数显气体压力传感器(5)。

6.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述气压系统中还包括过滤器(9)、真空度传感器(10)和数显真空度表(11)；

连接所述真空阀(8)的出气口与真空泵(12)的管道上安装过滤器(9)；

所述真空阀(8)的出气口处还安装有真空度传感器(10)，所述数显真空度表(11)显示所述真空度传感器(10)测量的真空度。

7.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述测量系统中的声发射采集装置包括信号放大器(13)、声发射卡(14)和声发射采集机箱(15)；

试验时，所述声发射传感器(32)采集到的信号依次传递给所述信号放大器(13)、声发射卡(14)和声发射采集机箱(15)。

8.根据权利要求1所述的一种煤层瓦斯吸附/解吸变形及变形力动态测试系统，其特征在于：所述测量系统中还包括采集卡(18)；试验时，所述测力传感器(38)采集的数据通过数据线传递给所述采集卡(18)。