CN105784559A - 真三轴流固耦合煤体渗流试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，包括加载单元、液压伺服单元、流体单元以及控制单元，液压室包括桶体和与桶体装配密封连接的盖板，液压伺服单元经液压管路连接液压室、上液压缸、左液压缸和右液压缸，液压室内的液压油对煤样施加前后方向的压力，上液压缸带动上压头并辅以下压头，对煤样施加上下方向的压力，左液压缸带动左压头、右液压缸带动右压头对煤样施加左右方向的压力，流体单元控制流体经过煤样实现流固耦合，控制单元信号连接设置于液压伺服单元、称重传感器、压力传感器、位移传感器和流量计，以得到相关物理参数。本发明的有益效果为：可以精确地模拟、分析煤体在三向应力条件下的渗透率变化。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工程技术领域，特别是涉及一种真三轴流固耦合煤体渗流试验装置。
背景技术
煤体渗透率是研究瓦斯在煤体中运移的基本参数。煤矿开采中的各种瓦斯动力现象及其预防、煤层气开采和瓦斯抽放效果均与煤体渗透性有关。在生产实践受采动的影响，由于集中压力的作用，部分煤体压缩变形，孔隙率降低，阻碍瓦斯的渗流；亦或由于卸压作用，造成部分煤体变形，在煤层中形成新的裂隙，使煤体的渗透性能增加。目前，对煤体渗透率变化规律的试验研究取得了丰硕的成果，但多为准三轴，不能精确地模拟、分析煤体在真实应力条件下的渗透率变化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真三轴流固耦合煤体渗流试验装置以精确地模拟、分析煤体在三向应力条件下的渗透率变化。
本发明提供一种真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，包括加载单元、液压伺服单元以及流体单元，加载单元包括液压室、上液压组件、下液压组件、左液压组件和右液压组件，液压室包括一端开口的桶体和与桶体装配密封连接的盖板，液压伺服单元经第一液压管路连接液压室，上液压组件包括上液压缸和与上液压缸滑动连接的上活塞杆，上活塞杆经过渡盘装配连接有上压头，上压头的端面开设有流体入口，流体入口经流体入管连接流体单元，过渡盘装配连接有左传压滑杆和右传压滑杆，上压头、左传压滑杆和右传压滑杆穿过盖板至液压室内部，下液压组件包括下压头，下压头装配连接于桶体内部底面，下压头的端面开设有流体出口，流体出口经流体出管连接液压室外，左液压组件包括左液压缸和与左液压缸滑动连接的左活塞杆，左活塞杆装配连接有左压头，左压头穿过桶体侧壁至液压室内部，右液压组件包括右液压缸和与右液压缸滑动连接的右活塞杆，右活塞杆装配连接有右压头，右压头穿过桶体侧壁至液压室内部，左传压滑杆活动连接左压头，右传压滑杆活动连接右压头，液压伺服单元经第二液压管路连接上液压缸，液压伺服单元经第三液压管路连接左液压缸，液压伺服单元经第四液压管路连接右液压缸。
进一步的，还包括控制单元，过渡盘设置有称重传感器，左液压缸、右液压缸设置有压力传感器，上液压缸、左液压缸、右液压缸设置有位移传感器，流体出管连接有流量计，控制单元分别与液压伺服单元、称重传感器、压力传感器、位移传感器和流量计信号连接。
进一步的，所述左压头和右压头均包括静压块和与静压块活动连接的动压块，静压块和动压块之间填充有耐油软体。
进一步的，所述动压块为多块，多块动压块之间填充有耐油软体。
进一步的，左传压滑杆和右传压滑杆的末端均铰接有滚轮。
进一步的，上压头包括上静压头和与上静压头活动连接的上动压头，上动压头的端面开设有流体入口。
进一步的，上动压头的端面均匀开设有多个流体入口，下压头的端面均匀开设有多个流体出口。
进一步的，所述液压室开设有进液口、排液口和排气口，液压伺服单元经第一液压管路连接进液口。
进一步的，左液压缸和右液压缸装配连接于桶体侧壁。
进一步的，还包括立柱、上支撑板和下支撑板，立柱分别与上支撑板、下支撑板装配连接，上液压缸装配连接于上支撑板，桶体装配连接于下支撑板。
与现有技术相比，本发明的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置具有以下特点和优点：
1、本发明的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，可以精确地模拟真三轴加载试验条件；
2、本发明的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，可以精确地模拟流固耦合试验条件；
3、本发明的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，可以获取煤样三轴方向的应力和位移以及经过煤样流体的流量，从而精确分析煤体的渗透率变化。
结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中真三轴流固耦合煤体渗流试验装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中真三轴流固耦合煤体渗流试验装置部分放大结构示意图一；
图3为本发明实施例中真三轴流固耦合煤体渗流试验装置部分放大结构示意图二；
其中，
11、桶体，111、进液口，112、排液口，113、排气口，12、盖板，2、液压伺服单元，3、流体单元，41、第一液压管路，42、第二液压管路，43、第三液压管路，44、第四液压管路，511、上液压缸，512、上活塞杆，513、过渡盘，514、上压头，5141、上静压头，5142、上动压头，51421、流体入口，5143、流体入管，5151、左传压滑杆，5152、右传压滑杆，52、下压头，521、流体出口，522、流体出管，531、左液压缸，532、左活塞杆，533、左压头，5331、左静压块，5332、左动压块，541、右液压缸，542、右活塞杆，543、右压头，5431、右静压块，5432、右动压块，55、丁腈橡胶，56、滚轮，61、称重传感器，62、压力传感器，63、位移传感器，64、流量计，7、控制单元，81、立柱，82、上支撑板，83、下支撑板，91、煤样，92、煤样套筒。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实施例提供一种真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，包括加载单元、液压伺服单元2以及流体单元3。立柱81、上支撑板82和下支撑板83，立柱81分别与上支撑板82、下支撑板83装配连接形成支撑架。加载单元包括液压室、上液压组件、下液压组件、左液压组件和右液压组件，液压室包括一端开口的桶体11和与桶体11装配密封连接的盖板12，桶体11装配连接于下支撑板83，桶体11开设有进液口111、排液口112和排气口113，液压伺服单元2经第一液压管路41连接进液口111。上液压组件包括上液压缸511和与上液压缸511滑动连接的上活塞杆512，上液压缸511装配连接于上支撑板82，上活塞杆512经过渡盘513装配连接有上压头514，上压头514包括上静压头5141和与上静压头5141活动连接的上动压头5142，上动压头5142的端面均匀开设有多个开设有流体入口51421。流体入口51421经流体入管5143连接流体单元3，过渡盘513装配连接有左传压滑杆5151和右传压滑杆5152，上压头514、左传压滑杆5151和右传压滑杆5152穿过盖板12至液压室内部，下液压组件包括下压头52，下压头52装配连接于桶体11内部底面，下压头52的端面均匀开设有多个流体出口521，流体出口521经流体出管522连接液压室外，流体经多个流体入口51421进入到煤样91中并经多个流体出口521流出，如此可以使流体均匀地流经煤样91，使煤样91中的流固耦合更贴近实际煤体的流固耦合，从而提高试验的精确度。左液压组件包括左液压缸531和与左液压缸531滑动连接的左活塞杆532，左液压缸531装配连接于桶体11的侧壁，左活塞杆532装配连接有左压头533，左压头533穿过桶体11侧壁至液压室内部，右液压组件包括右液压缸541和与右液压缸541滑动连接的右活塞杆542，右液压缸541装配连接于桶体11的侧壁，右活塞杆542装配连接有右压头543，右压头543穿过桶体11侧壁至液压室内部。左压头533包括左静压块5331和与左静压块5331活动连接的多块左动压块5332，左静压块5331与左动压块5332之间、多块左动压块5332之间填充有丁腈橡胶55，其中，左静压块5331与左动压块5332为不锈钢材料；右压头543包括右静压块5431和与右静压块5431活动连接的多块右动压块5432，右静压块5431与右动压块5432之间、多块右动压块5432之间填充有耐油的丁腈橡胶55，其中，右静压块5431与右动压块5432为不锈钢材料。左传压滑杆5151的末端均铰接有滚轮56，滚轮56活动连接左压头533，右传压滑杆5152的末端均铰接有滚轮56，滚轮56活动连接右压头543。液压伺服单元2经第二液压管路42连接上液压缸511，液压伺服单元2经第三液压管路43连接左液压缸531，液压伺服单元2经第四液压管路44连接右液压缸541。过渡盘513设置有称重传感器61，左液压缸531、右液压缸541设置有压力传感器62，上液压缸511、左液压缸531、右液压缸541设置有位移传感器63，流体出管522连接有流量计64，控制单元7分别与液压伺服单元2、称重传感器61、压力传感器62、位移传感器63和流量计64信号连接。
本实施例中的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置具体操作过程如下：煤样91的四周先均匀涂抹一层密封胶，将煤样91填装于煤样套筒92内，其中，煤样套筒92很薄且伸缩能力较好。在煤样套筒92内部的前后方向放置应变片，上动压头5142和下压头52分别装填于煤样套筒92内的两端，均匀加热煤样套筒92，使煤样套筒92包裹住上动压头5142和下压头52，实现上动压头5142和下压头52分别密封连接煤样套筒92。将煤样91、煤样套筒92、上动压头5142和下压头52组成的煤样组件放置于液压室内。控制单元7控制液压伺服单元2使液压油经第一液压管路41、进液口111进入液压室中，液压油对煤样91的前、后方向进行加载。控制单元7控制液压伺服单元2经第二液压管路42使上活塞杆512相对于上液压缸511移动，上活塞杆512带动了上静压头5141、上动压头5142的运动，上动压头5142和下压头52对煤样91的上、下方进行加载。控制单元7控制液压伺服单元2经第三液压管路43使左活塞杆532相对于左液压缸531移动，左活塞杆532带动了左压头533的运动，控制单元7控制液压伺服单元2经第四液压管路44使右活塞杆542相对于右液压缸541移动，右活塞杆542带动了右压头543的运动，左压头533和右压头543对煤样91的左、右方进行加载。上压头514向下运动的过程中，左传压滑杆5151和右传压滑杆5152作用于左动压块5332和右动压块5432上，左动压块5332相对于左静压块5331移动，右动压块5432相对于右静压块5431移动，如此，在对煤样91进行加载的过程中，煤样91受外力发生形变，避免竖直方向上的上压头514、下压头52和左右方向上的左压头533、右压头543发生挤压，从而提高了各个方向施加应力的精确度。在进行前、后、上、下、左、右真三轴加载过程中，流体单元3控制流体经流体入管5143、流体入口51421进入煤样91中，并经流体出口521、流体出管522排出，如此，可以实现流体和固体煤样91的流固耦合，并在上述真三轴加载基础上，实现真三轴流固耦合煤体渗流试验。需要说明的是，流体单元3中可以为气体，实现气体与固体煤样91的气固耦合，流体单元3中可以为液体，实现液体与固体煤样91的液固耦合。通过应变片得到煤样91前后之间发生的位移，通过控制单元7和液压伺服单元2得到液压室内液压油的压强，即煤样91前后方向的应力，通过控制单元7得到重传感器61、压力传感器62、位移传感器63和流量计64的数据，从而得到煤样91上下、左右方向的应力和位移，得到经过煤样91流体的流量。根据上述煤样91的前后、上下、左右方向的应力和位移以及经过煤样91流体的流量，进而精确地分析在一轴、两轴或真三轴以及流固耦合试验条件下的煤体的渗透率变化。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：包括加载单元、液压伺服单元以及流体单元，加载单元包括液压室、上液压组件、下液压组件、左液压组件和右液压组件，液压室包括一端开口的桶体和与桶体装配密封连接的盖板，液压伺服单元经第一液压管路连接液压室，上液压组件包括上液压缸和与上液压缸滑动连接的上活塞杆，上活塞杆经过渡盘装配连接有上压头，上压头的端面开设有流体入口，流体入口经流体入管连接流体单元，过渡盘装配连接有左传压滑杆和右传压滑杆，上压头、左传压滑杆和右传压滑杆穿过盖板至液压室内部，下液压组件包括下压头，下压头装配连接于桶体内部底面，下压头的端面开设有流体出口，流体出口经流体出管连接液压室外，左液压组件包括左液压缸和与左液压缸滑动连接的左活塞杆，左活塞杆装配连接有左压头，左压头穿过桶体侧壁至液压室内部，右液压组件包括右液压缸和与右液压缸滑动连接的右活塞杆，右活塞杆装配连接有右压头，右压头穿过桶体侧壁至液压室内部，左传压滑杆活动连接左压头，右传压滑杆活动连接右压头，液压伺服单元经第二液压管路连接上液压缸，液压伺服单元经第三液压管路连接左液压缸，液压伺服单元经第四液压管路连接右液压缸。
2.根据权利要求1所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：还包括控制单元，过渡盘设置有称重传感器，左液压缸、右液压缸设置有压力传感器，上液压缸、左液压缸、右液压缸设置有位移传感器，流体出管连接有流量计，控制单元分别与液压伺服单元、称重传感器、压力传感器、位移传感器和流量计信号连接。
3.根据权利要求1或2所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：所述左压头和右压头均包括静压块和与静压块活动连接的动压块，静压块和动压块之间填充有耐油软体。
4.根据权利要求3所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：所述动压块为多块，多块动压块之间填充有耐油软体。
5.根据权利要求4所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：左传压滑杆和右传压滑杆的末端均铰接有滚轮。
6.根据权利要求5所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：上压头包括上静压头和与上静压头活动连接的上动压头，上动压头的端面开设有流体入口。
7.根据权利要求6所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：上动压头的端面均匀开设有多个流体入口，下压头的端面均匀开设有多个流体出口。
8.根据权利要求7所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：所述液压室开设有进液口、排液口和排气口，液压伺服单元经第一液压管路连接进液口。
9.根据权利要求8所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：左液压缸和右液压缸装配连接于桶体侧壁。
10.根据权利要求9所述的真三轴流固耦合煤体渗流试验装置，其特征在于：还包括立柱、上支撑板和下支撑板，立柱分别与上支撑板、下支撑板装配连接，上液压缸装配连接于上支撑板，桶体装配连接于下支撑板。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |