CN106596373A - 瓦斯煤层试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种瓦斯煤层试验装置，包括第一封闭壳体，第一封闭壳体内设置的第二封闭壳体；第一封闭壳体包括第一加载墙、第二加载墙以及第三加载顶，第一加载墙上安装有第一驱动件，第二加载墙上安装有第二驱动件，第三加载顶上安装有第三驱动件，通过第一驱动件、第二驱动件以及第三驱动件对第二封闭壳体施加压力，实现了对容纳腔内试验用煤层的柔性加载，同时保证了在加载过程中的气密性，可以得到准确的渗透压参数。

Description

瓦斯煤层试验装置

技术领域

本发明涉及矿业工程、岩土工程技术领域，尤其涉及一种瓦斯煤层试验装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是指在压力作用下，吸附了瓦斯的煤由煤体内突然向采掘空间大量喷出的现象，是一个非常复杂的动力过程，在矿业工程、岩土工程中一但发生煤与瓦斯突出常常引发重大安全事故。研究引发煤与瓦斯突出的原因以及突出过程成为技术难点，由于现场检测信息难以满足科学研究需求，所以一般采用模型试验的方式研究煤与瓦斯突出的机理和过程。为了真实的模拟煤与瓦斯突出的过程，试验装置一般采用真三轴加载与气固耦合的方式，即对煤层施加三个互相垂直的作用力，同时通入高压瓦斯以使瓦斯能够充分吸附在煤层上达到气固耦合的实验条件。进而测量地应力、渗透压、温度、位移、声发射信号等参数。在完成煤体在真三轴加载条件下注入高压气体使其达到气固耦合，并且得到准确的渗透压参数的实验过程中，保证气密性是含瓦斯煤体模型试验装置研发的核心难点。

现有技术中，在煤与瓦斯突模型试验装置中，一般采用外边框与内边框之间嵌入条形密封带通过螺栓挤压，使得门框上的凸起边缘与镶嵌的条形密封带接触，实现对试验装置的密封，进而完成煤与瓦斯突现象的试验。

然而，综合分析现有技术中的模型试验装置，装置不论大小，都存在真驱动装置与密封墙体之间的密封不足的问题，从而导致煤与瓦斯的耦合不充分，不能够真实的反应煤与瓦斯突出的过程，得不到准确的渗透压参数。

发明内容

本发明提供一种瓦斯煤层试验装置，保证了试验装置的气密性，进而使煤与瓦斯充分耦合，可得到准确的渗透压参数。

本发明提供了一种瓦斯煤层试验装置包括：第一封闭壳体，所述第一封闭壳体内设置有柔性材料制成的第二封闭壳体；所述第二封闭壳体内形成有用于容纳试验用煤层的容纳腔；

所述第一封闭壳体包括第一加载墙、第二加载墙以及第三加载顶，所述第一加载墙和所述第二加载墙相邻且垂直设置，所述第三加载顶连接在所述第一加载墙和所述第二加载墙的顶部之间，且与所述第一加载墙和所述第二加载墙垂直；

所述第一加载墙设置有与所述第一加载墙平行的第一加载板，所述第二加载墙的内壁处设置有与所述第二加载墙平行的第二加载板，所述第三加载顶内壁设置有与所述第三加载顶平行的第三加载板；

所述第一加载墙上安装有第一驱动件，用于驱动所述第一加载板沿第一方向移动，所述第二加载墙上安装有第二驱动件，用于驱动所述第二加载板沿第二方向移动，所述第三加载顶上安装有第三驱动件，用于驱动所述第三加载板沿第三方向移动，所述第一方向、所述第二方向及所述第三方向之间互相垂直。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述第三驱动件为液压缸或气压缸；所述第一加载墙、所述第二加载墙和所述第三加载顶上分别设置有安装孔，所述液压缸或气压缸的活塞杆由所述安装孔伸入到所述第一封闭壳体内，所述液压缸或气压缸的缸体一端端面与所述安装孔孔口周围的表面之间设置有第一密封垫圈。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述液压缸或气压缸缸体一端形成有安装凸缘，所述安装凸缘通过螺栓固定安装在对应的所述第一加载墙或所述第二加载墙或所述第三加载顶上；所述螺栓与所述第一加载墙、或所述螺栓与所述第二加载墙、或所述螺栓与所述第三加载顶之间设置有第二密封圈。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述第一密封壳体上、且在所述第一加载墙、所述第二加载墙和所述第三加载顶之外的位置设置有开挖口；所述开挖口外设置有可拆卸的、用于密封所述开挖口的密封盖；所述密封盖具有一安装面，所述安装面上形成有安装凸台，所述安装凸台能够卡合在所述开挖口中，且位于所述安装凸台周围的所述安装面与所述第一密封壳体的外表面贴合。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述安装凸台周围、且在所述安装面与所述第一密封壳体之间设置有第三密封垫圈。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述第一封闭壳体为长方体，所述长方体的顶面和底面之间设置有四个侧壁，所述第三加载顶位于所述顶面处，所述第一加载墙和所述第二加载墙分别位于两个相邻的所述侧壁处；任意相邻的两个所述侧壁之间、所述侧壁与所述顶面之间、以及所述侧壁与所述底面连接处均设置有第四密封条。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述第一封闭壳体上还贯穿开设有过线孔；所述过线孔中穿过至少一根金属导线，在所述过线孔内壁与所述金属导线之间填充有密封胶体。

在如上所述的瓦斯煤层试验装置中，优选地，所述第二封闭壳体内设置有送气板，所述送气板连接有供气管路，所述供气管路贯穿所述第二封闭壳体及所述第一封闭壳体后与供气源连接。

本发明提供的瓦斯煤层试验装置，通过第一驱动件、第二驱动件以及第三驱动件分别驱动第一加载板、第二加载板以及第三加载板抵顶第二密封壳体，进而通过柔性材料制成的第二密封壳体将载荷施加给试验用煤层，实现了对容纳腔内试验用煤层的柔性加载，同时保证了在加载过程中的气密性，可以得到准确的渗透压参数。

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一简单地介绍，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为本发明一实施例提供的瓦斯煤层试验装置的结构示意图；

图2为图1提供的瓦斯煤层试验装置的主视图；

图3为图2提供的瓦斯煤层试验装置的右视图；

图4为图2中沿A-A向的剖视图；

图5为图4中Ⅰ处的局部放大图；

图6为图4中II处的局部放大图；

图7为图4中III处的局部放大图；

图8本发明一实施例提供的瓦斯煤层试验装置的过线孔结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明一实施例提供的瓦斯煤层试验装置的结构示意图；图2为本发明一实施例提供的瓦斯煤层试验装置的主视图；图3为本发明一实施例提供的瓦斯煤层试验装置的右视图；图4为图2中沿A-A向的剖视图，请参照图1-4，本实施例提供一种瓦斯煤层试验装置，包括：第一封闭壳体，第一封闭壳体内设置有柔性材料制成的第二封闭壳体8；第二封闭壳体8内形成有用于容纳试验用煤层的容纳腔；

第一封闭壳体包括第一加载墙1、第二加载墙2以及第三加载顶3，第一加载墙1和第二加载墙2相邻且垂直设置，第三加载顶3连接在第一加载墙1和第二加载墙2的顶部之间，且与第一加载墙1和第二加载墙2垂直；

第一加载墙1设置有与第一加载墙1平行的第一加载板，第二加载墙2的内壁处设置有与第二加载墙2平行的第二加载板，第三加载顶3内壁设置有与第三加载顶3平行的第三加载板；

第一加载墙1上安装有第一驱动件5，用于驱动第一加载板沿第一方向移动，第二加载墙2上安装有第二驱动件6，用于驱动第二加载板沿第二方向移动，第三加载顶3上安装有第三驱动件7，用于驱动第三加载板沿第三方向移动，第一方向、第二方向及第三方向之间互相垂直。

具体地，第二封闭壳体8可以由任何一种具有一定韧性、能够承受一定的载荷且气密性很好的柔性材料制成，例如聚氨酯材料浇筑而成；第二封闭壳体8内部形成容纳腔，容纳腔内部存放试验用煤层，并可在试验用煤层的适当位置设置用于测量数据的传感器。第一驱动件5、第二驱动件6、第三驱动件7分别通过第一加载板、第二加载板、第三加载板对第二密闭壳体8施加压力，以促使第二密闭壳体8向内变形，将载荷传递至试验用煤层。

优选地，第一封闭壳体可以是长方体形状，第一加载墙1、第二加载墙2、以及第三加载顶3所在的三个平面分别互相垂直，第一加载墙1、第二加载墙2、以及第三加载顶3所在的三个平面可以是长方体的任意三个互相垂直且两两相邻的平面。

其中，与第一加载墙1、第二加载墙2以及第三加载顶3对应设置的第一加载板、第二加载板以及第三加载板，是三个独立的运动单元，每个运动单元可以由一块板料构成，也可以由多个彼此分隔的板料块构成；第一加载板、第二加载板和第三加载板分别平行于第一加载墙1、第二加载墙2和第三加载顶3设置。第一驱动件5、第二驱动件6、第三驱动件7可以是任何能够输出移动运动、而且有足够的输出力的装置，例如液压缸或气压缸等。当采用液压缸或气压缸时，设置在第一加载墙1、第二加载墙2和第三加载顶3,上的液压缸或气压缸可以是一个或多个，可使一个或多个液压缸或气压缸的活塞杆与第一加载板，液压缸或气压缸的缸体与第一加载墙1相连接，通过液压缸或气压缸的活塞杆带动第一加载板移动；类似地，一个或多个液压缸或气压缸与第二加载板或第三加载板之间，也均可以采用前述的、液压缸或气压缸与第一加载板和第一加载墙之间的连接结构。

需要说明的是，第一方向是垂直于第一加载墙1的方向，可以是由第一加载墙1向第一密封壳体内部，也可以是其反方向；第二方向是垂直与第二加载墙2的方向，可以是由第二加载墙2向第一密封壳体内部，也可以是是其反方向；第三方向是垂直与第三加载顶3的方向，可以是由第三加载顶3向第一密封壳体内部，也可以是其反方向。

利用本实施例提供的瓦斯煤层试验装置进行模拟试验的具体过程为：在第二密封壳体8内部填充一定量的试验用煤层，在试验用煤层的适当位置放置传感器；驱动第一驱动件5、第二驱动件6以及第三驱动件7工作，即，第一驱动件5、第二驱动件6、第三驱动件7分别带动对应的第一加载板、第二加载板以及第三加载板分别沿着第一方向、第二方向以及第三方向运动，从而使第一加载板、第二加载板以及第三加载板从三个互相垂直的方向抵压第二密封壳体8，压迫第二密封壳体8向内变形，进而将三个互相垂直的载荷施加给容纳腔内部的试验用煤层，实现对试验用煤层的真三轴加载；在上述过程中，通过前述传感器获取容纳腔内部的渗透压等所需参数。

本实施例提供的瓦斯煤层试验装置，通过在第一封闭壳体内设置柔性材料制成的第二封闭壳体8，并通过安装在第一封闭壳体上的第一驱动件5、第二驱动件6以及第三驱动件7分别驱动第一加载板、第二加载板以及第三加载板对第二密封壳体8施加载荷，进而实现通过柔性材料的变形将载荷传递给第二密封壳体8内部的试验用煤层，实现了对容纳腔内试验用煤层的三轴柔性加载的同时，有效保证了在加载过程中的气密性，提高了测得的相关参数的准确性。

在上述实施例中，图5为图4中Ⅰ处的局部放大图，请参照图5，第一驱动件5、第二驱动6件和第三驱动件7为液压缸或气压缸；第一加载墙1、第二加载墙2和第三加载顶3上分别设置有安装孔，液压缸或气压缸的活塞杆由安装孔伸入到第一封闭壳体内，液压缸或气压缸的缸体一端端面与安装孔孔口周围的表面之间设置有第一密封垫圈11，第一密封垫圈11分别与液压缸或气压缸的缸体一端端面和安装孔孔口周围的表面相接处，防止第一密封壳体内的气体由安装孔漏出，进一步提高了气密性。

优选地，液压缸或气压缸缸体一端形成有安装凸缘，安装凸缘通过螺栓12固定安装在对应的第一加载墙1或第二加载墙2或第三加载顶3上；螺栓12与第一加载墙1、或螺栓12与第二加载墙2、或螺栓12与第三加载顶3之间设置有第二密封圈13。在第一加载墙1或第二加载墙2或第三加载顶3上预先开设与螺栓12相配合的螺纹孔，以保证液压缸或气压缸与第一加载墙1或第二加载墙2或第三加载顶3的固定连接，第二密封圈13设置在螺栓12的外围，通过对螺栓12施加一定的预紧力，以使液压缸或气压缸挤压第二密封圈13，第一加载墙1、第二加载墙2以及第三加载顶3与第二密封圈13充分接触，防止第一密封壳体内的气体由螺纹孔逸出，进一步提高密封效果。

优选地，图7为图4中III处的局部放大图，请参照图7，第一密封壳体上、且在第一加载墙1、第二加载墙2和第三加载顶3之外的位置设置有开挖口；开挖口外设置有可拆卸的、用于密封开挖口的密封盖4；密封盖4具有一安装面401，安装面401上形成有安装凸台402，安装凸台402能够卡合在开挖口中，且位于安装凸台402周围的安装面401与第一密封壳体的外表面贴合，开挖口可以设置在第一加载墙1、第二加载墙2和第三加载顶3之外的任何位置，能够真实的模拟矿井坑道的位置即可；密封盖4与第一密封壳体的外表面可通过紧固件相连接。

优选地，安装凸台402周围、且在安装面401与第一密封壳体之间设置有第三密封垫圈14，通过调整紧固件，可以使安装面401压紧第三密封圈14，保证第三密封圈14与安装面401和第一密封壳体紧密接触，防止第一密封壳体内的气体由开挖口向外散逸，更能强化密封效果。

优选地，图6为图4中II处的局部放大图，请参照图6，第一封闭壳体为长方体，长方体的顶面和底面之间设置有四个侧壁，第三加载顶3位于顶面处，第一加载墙1和第二加载墙2分别位于两个相邻的侧壁处；任意相邻的两个侧壁之间、侧壁与顶面之间、以及侧壁与底面连接处均设置有第四密封条15，意相邻的两个侧壁之间、侧壁与顶面之间、以及侧壁与底面都可以通过紧固螺栓相连接，也可以通过其他的能够达到相邻的侧壁之间、侧壁与顶面之间、以及侧壁与底面之间刚性固定的连接方式，通过对紧固螺栓施加一定的预紧力，可以使相邻的侧壁、侧壁与顶面、以及侧壁与底面相互靠近，挤压任意相邻的两个侧壁之间、侧壁与顶面之间、以及侧壁与底面连接处设置的第四密封条15，防止第一密封壳体内的气体沿相邻的侧壁之间、侧壁与顶面之间、以及侧壁与底面之间逸出。

优选地，图8本发明一实施例提供的瓦斯煤层试验装置的过线孔结构示意图，请参照图8，第一封闭壳体上还贯穿开设有过线孔16；过线孔16中穿过至少一根金属导线17，在过线孔16内壁与金属导线17之间填充有密封胶体，过线孔16内设置的金属导线17靠近第二密封壳体8的一端与第二密封壳体8的容纳腔内放置的传感器相连接，金属导线17背离第二密封壳体8的一端与第一密封壳体外部的接收器相连接；在过线孔16内部填充密封胶体，以使密封胶体与金属导线17和过线孔16的内壁充分接触，防止第一密封壳体内的气体由过线孔16逸出。

优选地，第二封闭壳体8内设置有送气板9，送气板9连接有供气管路10，供气管路10贯穿第二封闭壳体8及第一封闭壳体后与供气源连接，送气板9可以是多孔的面板，设置在第二密封壳体8内，通过供气管路10将第一密封壳体外部的供气源的高压瓦斯输入送气板9，送气板9将高压瓦斯释放到第二密封壳体8内，以使试验用煤层达到气固耦合的试验条件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种瓦斯煤层试验装置，其特征在于，包括：

第一封闭壳体，所述第一封闭壳体内设置有柔性材料制成的第二封闭壳体；所述第二封闭壳体内形成有用于容纳试验用煤层的容纳腔；

所述第一封闭壳体包括第一加载墙、第二加载墙以及第三加载顶，所述第一加载墙和所述第二加载墙相邻且垂直设置，所述第三加载顶连接在所述第一加载墙和所述第二加载墙的顶部之间，且与所述第一加载墙和所述第二加载墙垂直；

所述第一加载墙设置有与所述第一加载墙平行的第一加载板，所述第二加载墙的内壁处设置有与所述第二加载墙平行的第二加载板，所述第三加载顶内壁设置有与所述第三加载顶平行的第三加载板；

所述第一加载墙上安装有第一驱动件，用于驱动所述第一加载板沿第一方向移动，所述第二加载墙上安装有第二驱动件，用于驱动所述第二加载板沿第二方向移动，所述第三加载顶上安装有第三驱动件，用于驱动所述第三加载板沿第三方向移动，所述第一方向、所述第二方向及所述第三方向之间互相垂直。

2.根据权利要求1所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，所述第一驱动件、所述第二驱动件和所述第三驱动件为液压缸或气压缸；所述第一加载墙、所述第二加载墙和所述第三加载顶上分别设置有安装孔，所述液压缸或气压缸的活塞杆由所述安装孔伸入到所述第一封闭壳体内，所述液压缸或气压缸的缸体一端端面与所述安装孔孔口周围的表面之间设置有第一密封垫圈。

3.根据权利要求2所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，所述液压缸或气压缸缸体一端形成有安装凸缘，所述安装凸缘通过螺栓固定安装在对应的所述第一加载墙或所述第二加载墙或所述第三加载顶上；所述螺栓与所述第一加载墙、或所述螺栓与所述第二加载墙、或所述螺栓与所述第三加载顶之间设置有第二密封圈。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，所述第一密封壳体上、且在所述第一加载墙、所述第二加载墙和所述第三加载顶之外的位置设置有开挖口；所述开挖口外设置有可拆卸的、用于密封所述开挖口的密封盖；所述密封盖具有一安装面，所述安装面上形成有安装凸台，所述安装凸台能够卡合在所述开挖口中，且位于所述安装凸台周围的所述安装面与所述第一密封壳体的外表面贴合。

5.根据权利要求4所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，所述安装凸台周围、且在所述安装面与所述第一密封壳体之间设置有第三密封垫圈。

6.根据权利要求5所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，所述第一封闭壳体为长方体，所述长方体的顶面和底面之间设置有四个侧壁，所述第三加载顶位于所述顶面处，所述第一加载墙和所述第二加载墙分别位于两个相邻的所述侧壁处；任意相邻的两个所述侧壁之间、所述侧壁与所述顶面之间、以及所述侧壁与所述底面连接处均设置有第四密封条。

7.根据权利要求6所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，所述第一封闭壳体上还贯穿开设有过线孔；所述过线孔中穿过至少一根金属导线，在所述过线孔内壁与所述金属导线之间填充有密封胶体。

8.根据权利要求1所述的瓦斯煤层试验装置，其特征在于，

所述第二封闭壳体内设置有送气板，所述送气板连接有供气管路，所述供气管路贯穿所述第二封闭壳体及所述第一封闭壳体后与供气源连接。