CN106959263A - 一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置 - Google Patents

一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,解决了不透明的实验装置无法满足实验需要问题。本发明包括透明钢化玻璃,透明钢化玻璃安装在底座上,透明钢化玻璃和底座之间设有压力室,压力室通过管路依次与第一阀门、第一压力表、围压供气压装置连通,压力室通过管路与第二阀门连通;压力室内设有透明热缩管,透明热缩管内部设有试件,透明热缩管的上部配合有上岩芯塞,上岩芯塞与活塞杆连接,活塞杆穿过透明钢化玻璃,活塞杆与透明钢化玻璃之间设有密封胶圈,活塞杆与加载缸体连接,加载缸体与液压油连接。本发明采用透明钢化玻璃、透明热缩管包围煤试件,压力室采用气体供压,不影响裂隙扩展的图像观测,显微摄像机实时动态监测。

Description

一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置
技术领域
[0001]本发明涉及瓦斯渗透性实验装置,特别是指一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视 化实验装置。
背景技术
[0002] 煤与瓦斯突出是煤矿生产中遇到的一种极为复杂的矿井瓦斯动力现象。近些年 来,各地煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故频发,煤矿瓦斯灾害已严重影响到煤炭工业的健 康发展。煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力及煤岩物理力学性质共同作用的结果。因此,深 入研宄地应力、瓦斯耦合作用下的煤岩力学特性,特别是从细观角度,对煤岩破坏过程中裂 纹的产生、扩展动态过程以及最后破坏状态进行研究,有利于更深入地了解含瓦斯煤岩的 物理力学性质,对揭示煤岩动力现象发生机理及开发相应灾害防治技术具有重要的理论价 值和工程指导意义。
[0003] 目前,瓦斯渗透性实验装置的夹持器多为不透明刚性材料,相当于瓦斯渗透性实 验在一个黑箱里进行,若要研宄瓦斯渗流过程当中煤的裂隙扩展特征,现有装置无法满足 实验需要;现有渗透板结构不合理,瓦斯渗透效果不好,得不到较好的实验现象;装置智能 化程度低,实验过程繁琐,增加实验人员的劳动量。
发明内容
[0004] 本发明提出一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,解决了不透明的实 验装置无法满足实验需要问题。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装 置,包括透明钢化玻璃,透明钢化玻璃安装在底座上,透明钢化玻璃和底座之间设有压力 室,压力室通过管路依次与第一阀门、第一压力表、围压供气压装置连通,压力室通过管路 与第二阀门连通;压力室内设有透明热缩管,透明热缩管内部设有试件,透明热缩管的上部 配合有上岩芯塞,上岩芯塞与活塞杆连接,活塞杆穿过透明钢化玻璃,活塞杆与透明钢化玻 璃之间设有密封胶圈,活塞杆与加载缸体连接,加载缸体与液压油连接,试件通过管路依次 与上岩芯塞、活塞杆、流量计、减压阀、甲烷气体连通;透明热缩管的下部配合有下岩芯塞, 下岩芯塞与底座配合,试件通过管路依次与下岩芯塞、底座、第三阀门、阻尼器、真空栗连 通;透明钢化玻璃外部设有显微摄像机,显微摄像机与计算机连接。
[0006]所述的加载缸体与液压油通过两条管路连接,一条管路上设有第二压力表,另一 条管路上设有第二压力表,第一压力表、第二压力表和第三压力表均与计算机连接,第一阀 门、第二阀门和第三阀门均与计算机连接,流量计和真空泵均与计算机连接。
[0007]所述的上岩芯塞与试件之间设有渗流板,下岩芯塞与试件之间设有渗流板,渗流 板的半径为nR,渗流板包括由内到外的n层,相邻的两层之间设有隔板,渗流板第一层为半 径为R的中心圆,第2〜n层为环宽为R的圆环,n-1个圆环的半径从2*R增加至n*R并且依次增 加R,中心圆上开有一个通孔,第n层的圆环分为面积相同的211-1块,每层圆环相邻的两块之 间设有隔板,每块中心处上有一个通孔,其中,n为正整数,正数。
[0008] 所述的底座内设有压力开关,压力开关与下岩芯塞配合,压力室内设有照明灯和 光控开关,压力开关与光控开关连接,光控开关与照明灯连接,照明灯与计算机连接;压力 室内设有瓦斯传感和气压传感,瓦斯传感和气压传感与计算机连接。
[0009] 本技术方案能产生的有益效果:能够在承载煤瓦斯渗流过程中对煤样裂隙扩展图 像进行实时动态监测,采用透明钢化玻璃,同时煤试件周围采用透明热缩管包围,压力室采 用气体供压,而气体不影响裂隙扩展的图像观测,采用显微摄像机对承载煤瓦斯渗流过程 中煤样裂隙扩展进行实时动态监测。
[0010] 计算机监测、记录各装置的工作参数,并智能控制各装置的工作状态,实验人员不 但可以监测当前实验状态,还可以调取计算机储存的实验进行研究观测,实验人员通过计 算机智能控制实验的流程,使实验操作智能化,降低人工劳动量。
[0011] 本装置的渗流板结构合理,每个通孔分担相同体积的气体,使得气流更加均匀,更 加真实的模拟瓦斯渗流过程,提高实验装置的真实性;照明灯能在实验进行时,光照强度不 足的情况下辅助照明,提高显微摄像机拍摄清晰度,提高实验质量。
附图说明
[0012] 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,下面描述中的附图仅是本发 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。
[0013]图1为本发明结构示意图。
[0014] 图2为本发明渗流板结构图。
[0015] 其中:卜甲烷气体;2_减压阀;3-流量计;4-加载缸体;5-活塞杆;6-密封胶圈;7-透 明钢化玻璃;8-压力室;9_透明热缩管;10-上岩芯塞;11-试件;12-下岩芯塞;13-底座;14-阀门;15-压力表;16_围压供气压装置;17-压力表;18-压力表;19-液压油;20-阀门;21-阀 门;22_阻尼器;23-真空栗;24-计算机;25-显微摄像机;26_压力开关;27-光控开关;28-照 明灯;29-瓦斯传感;30-气压传感。
具体实施方式
[0016]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,所描述的实施例仅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付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。
[0017]如图1〜2所示,一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,包括透明钢化玻 璃7,透明钢化玻璃7安装在底座13上,透明钢化玻璃7和底座13之间设有压力室8,压力室8 通过管路依次与第一阀门14、第一压力表15、围压供气压装置16连通,压力室8通过管路与 第二阀门20连通;压力室S内设有透明热缩管9,透明热缩管9内部设有试件丨丨,透明热缩管9 的上部配合有上岩芯塞10,上岩芯塞10与活塞杆5连接,活塞杆5穿过透明钢化玻璃7,活塞 杆5与透明钢化玻璃7之间设有密封胶圈6,活塞杆5与加载缸体4连接,加载缸体4与液压油 19连接,试件11通过管路依次与上岩芯塞1 〇、活塞杆5、流量计3、减压阀2、甲烷气体1连通; 透明热缩管9的下部配合有下岩芯塞12,下岩芯塞I2与底座I3配合,试件11通过管路依次与 下岩芯塞12、底座13、第三阀门21、阻尼器22、真空栗23连通;透明钢化玻璃7外部设有显微 摄像机25,显微摄像机25与计算机24连接。
[0018] 所述的加载缸体4与液压油19通过两条管路连接,一条管路上设有第二压力表17, 另一条管路上设有第三压力表18,第一压力表15、第二压力表17和第三压力表18均与计算 机24连接,第一阀门14、第二阀门20和第三阀门21均与计算机24连接,流量计3和真空栗23 均与计算机24连接。
[0019] 所述的上岩芯塞(10)与试件(11)之间设有渗流板,下岩芯塞(12)与试件(11)之间 设有渗流板,渗流板的半径为nR,渗流板包括由内到外的n层,相邻的两层之间设有隔板,渗 流板第一层为半径为R的中心圆,第2〜n层为环宽为R的圆环,n-1个圆环的半径从2*R增加至 n*R并且依次增加R,中心圆上开有一个通孔,第n层的圆环分为面积相同的2n-l块,每层圆 环相邻的两块之间设有隔板,每块中心处上有一个通孔,其中,n为正整数,R为正数。
[0020] 所述的底座13内设有压力开关26,压力开关26与下岩芯塞12配合,压力室8内设有 照明灯28和光控开关27,压力开关26与光控开关27连接,光控开关27与照明灯28连接,照明 灯28与计算机24连接;压力室8内设有瓦斯传感29和气压传感30,瓦斯传感29和气压传感30 与计算机24连接。
[0021] 本发明使用说明:在实验开始之前,打开计算机24,计算机24控制第三阀门21打 开,真空泵23抽真空后,关闭第三阀门21,去除真空栗23,阻尼器22起减振消能的作用。检查 第一压力表15、第二压力表17、第三压力表18和流量计3是否正常显示,检查显微摄像机25 与计算机24连接是否正常,由围压供气压装置16加围压至预定值,第一阀门14和第二阀门 20控制围压的加载与卸载。打开甲烷气体1开始供气,甲烷气体1的压力通过减压阀2控制, 甲烧气体1经流量计3、活塞杆5、上岩芯塞10进入试件11,加载缸体4通过液压油19提供动 力,由加载缸体4经活塞杆5对试件11进行加载,显微摄像机25经透明钢化玻璃7、充满气体 的压力室8、透明热缩管热缩9观测试件11的裂隙扩展过程,透明钢化玻璃7通过密封胶圈6 与活塞杆5密封好,计算机24自动存储并实时显示显微摄像机25录像,实验结束后,甲烷经 试件11、下岩芯塞12、底座13、第三阀门21排出。
[0022] 流量计3、压力表、阀门、瓦斯传感29和气压传感30均与计算机24相连,加载的过程 中计算机24自动储存并实时显示围压压力、甲烷流量数值和各个装置的参数值,并对各个 阀门实现自动控制,减少人工操作,提高实验精度与智能化程度。
[0023] 当活塞杆5对试件11加载时,加载力作用在压力开关26上,压力开关26闭合,同时 当压力室8内光照强度低于摄像需要时,光控开关27闭合,照明灯28开启,辅助显微摄像机 25的照明,为限位摄像提供更好的光照条件。
[0024] 渗流板中心圆的面积为n*R2,设有一个通孔,第n-1层圆环的面积为(2n-l) , 第n-1层圆环上均匀开有2n-l个通孔,每个通孔分配相同面积的渗流板,即分配相同的气体 流量,使得渗流更加均匀,更加真实的模拟瓦斯渗流过程,提高实验装置的真实性。
[0025] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精 神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,其特征在于:包括透明钢化玻璃 (7) ,透明钢化玻璃(7)安装在底座(I3)上,透明钢化玻璃(7)和底座(13)之间设有压力室 (8) ,压力室(8)通过管路依次与第一阀门(14)、第一压力表(15)、围压供气压装置(16)连 通,压力室(8)通过管路与第二阀门(20)连通;压力室(8)内设有透明热缩管(9),透明热缩 管⑼内部设有试件(11),透明热缩管⑼的上部配合有上岩芯塞(10),上岩芯塞(10)与活 塞杆(5)连接,活塞杆(5)穿过透明钢化玻璃C7),活塞杆(5)与透明钢化玻璃(7)之间设有密 封胶圈⑹,活塞杆⑸与加载缸体⑷连接,加载缸体⑷与液压油(19)连接,试件(11)通过 管路依次与上岩芯塞(10)、活塞杆(5)、流量计(3)、减压阀(2)、甲烷气体(1)连通;透明热缩 管(9)的下部配合有下岩芯塞(12),下岩芯塞(12)与底座(13)配合,试件(11)通过管路依次 与下岩芯塞(12)、底座(13)、第三阀门(21)、阻尼器(22)、真空栗(23)连通;透明钢化玻璃 ⑺外部设有显微摄像机(25),显微摄像机(25)与计算机(24)连接。
2. 根据权利要求1所述的承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,其特征在于:所 述的加载缸体(4)与液压油(19)通过两条管路连接,一条管路上设有第二压力表(17),另一 条管路上设有第三压力表(18),第一压力表(15)、第二压力表(17)和第三压力表(1S)均与 计算机(24)连接,第一阀门(14)、第二阀门(20)和第三阀门(21)均与计算机(24)连接,流量 计(3)和真空泵(23)均与计算机(24)连接。
3. 根据权利要求1所述的承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,其特征在于:所 述的上岩芯塞(10)与试件(11)之间设有渗流板,下岩芯塞(12)与试件(11)之间设有渗流 板,渗流板的半径为nR,渗流板包括由内到外的n层,相邻的两层之间设有隔板,渗流板第一 层为半径为R的中心圆,第2〜n层为环宽为R的圆环,n-1个圆环的半径从2*R增加至n*R并且 依次增加R,中心圆上开有一个通孔,第n层的圆环分为面积相同的2n-l块,每层圆环相邻的 两块之间设有隔板,每块中心处上有一个通孔,其中,n为正整数,R为正数。
4. 根据权利要求1所述的承载煤裂隙观测及瓦斯渗流可视化实验装置,其特征在于:所 述的底座(13)内设有压力开关(26),压力开关(26)与下岩芯塞(12)配合,压力室(8)内设有 照明灯(28)和光控开关(27),压力开关(26)与光控开关(27)连接,光控开关(27)与照明灯 (28)连接,照明灯(28)与计算机(24)连接;压力室(8)内设有瓦斯传感(29)和气压传感 (30),瓦斯传感(29)和气压传感(30)与计算机(24)连接。
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