CN108827785B - 一种含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置 - Google Patents

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Abstract

一种含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置，包括连成一体的上端件、中间件和下端件；下端件和中间件形成加载室；传力压头的上部与上端件内孔孔壁密封滑动连接，中部与中间件的上部内孔孔壁密封滑动连接，下部与中间件的下部内孔孔壁密封滑动连接，由传力压头与上端件和中间件构成的环形空间构成补容室，补容室通过开设在中间件侧壁中的通气道与加载室连通，其横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同；在上端件上部有螺纹连接的限位螺母。该装置补容室与加载装置成一体，结构简单紧凑，密封性能好，不会发生气体泄露；补容室容积增大与加载室容积减小同步进行，可确保恒容加载；加载过程中位移可逐级限位，避免试件在失稳情况下因加载轴突然下降发生破裂。

Description

一种含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置
技术领域
本发明涉及采矿试验装置，具体为一种用于含瓦斯煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测试装置上的恒容三轴加载装置。
背景技术
煤矿开采过程中，煤与瓦斯突出是造成煤矿人身和财产安全的重大事故。研究表明，含瓦斯煤岩受载破裂过程中发生瓦斯吸附和解吸现象是导致煤与瓦斯突出的主要原因之一。目前人们对这一现象的发生规律尚不明确。
为了研究含瓦斯煤岩受载破裂过程中瓦斯吸附和解吸的规律，需要对含瓦斯煤岩体受载破裂过程中吸附和解吸瓦斯的量进行测定。
目前，含瓦斯煤岩在受载破裂过程中吸附和解吸瓦斯气体的量一般采用由注气系统向装有煤岩试件的煤岩恒容三轴加载装置的恒容系统注气，通过逐级加载，利用检测装置测出煤岩在受载破裂过程中吸附和解吸瓦斯气体的量。
申请号为201510055670.8的中国专利文献公开了一种恒容含瓦斯煤气固耦合物理力学参数试验装置，该装置使用的恒容三轴加载装置，其恒容系统由加载室通过连通管与平行分立的补容室构成，靠补容室下部的补容活塞跟随加压头同步上下移动保持恒容加载。该恒容三轴加载装置存在三个缺陷：一是补容室与加载室平行分立，结构复杂，补容室极易产生偏心，导致气体泄露，影响试验的准确性；二是补容室容积增大与加载室容积减小易出现不同步现象，同样影响试验的准确性；三是轴向加载过程中无位移限位机构，因煤岩具有一定的弹性，煤岩试件加载过程中当其弹性无法支撑加载所施加力时，煤岩试件会突然屈服破坏，煤岩失稳，此时无限位机构加载所施加位移无法定量控制，加载轴会突然下降，使煤岩试件破裂，导致实验失败。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种恒容系统结构简单性能可靠、补容室容积增大与加载室容积减小同步进行、轴向加载过程中位移可逐级限位的含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置。
本发明提供的含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置，包括上端件、中间件、下端件和传力压头；所述上端件、中间件和下端件分别通过螺栓B和螺栓C相互固定连接成一体，上端件和中间件套接，通过密封圈D密封，中间件和下端件通过密封圈A密封形成加载室，加载室的下部有进气口，加载室的上部安装航插，加载室底部中心处有嵌入下端件开设的定位凹槽中的试件定位垫片；所述中间件的上部内孔直径大于上端件的内孔直径，下部内孔直径与上端件内孔直径相同；所述传力压头置于上端件和中间件的内孔中，传力压头的上部与上端件的内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的中部直径大于上部直径，与中间件的上部内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的下部与中间件的下部内孔孔壁密封滑动连接；在传力压头中部的上部形成环形补容室，补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，补容室通过纵向开设在中间件一侧侧壁中的通气道与所述加载室连通，由补容室、连通气道和加载室共同构成恒容系统；在传力压头中部的下部有传力压头行程空间，传力压头行程空间通过横向开设在中间件另一侧侧壁中的排气孔与大气相通；所述传力压头的上端有与其固定连接的控板；在所述上端件的上端有与上端件螺纹连接的限位螺母，在控板按位移向下加载过程中，通过手动旋转限位螺母在上端件螺纹上的升降可对控板加载位移进行逐级限位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中的补容室由传力压头与上端件和中间件构成的环形空间构成，与加载装置成一体，结构简单紧凑，密封性能好，不会发生气体泄露；
2、本发明中补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，加载过程中，传力压头伸入加载室引起的加载室容积减小与补容室容积增大可同步进行，从而确保恒容加载，提高测定试验的准确性。
3、本发明采用限位螺母实现轴向加载过程中位移逐级限位，可有效避免煤岩试件在失稳情况下因加载轴突然下降导致的煤岩试件失控破裂现象。
附图说明
图1是本发明含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置的结构示意图；
图2是图1中传力压头的纵向剖视图；
图3是图2的俯视图；
图4是图1中上端件的纵向剖面图；
图5是图4的俯视图；
图6是图1中中间件的纵向剖面图；
图7是图6的俯视图；
图8是图1中下端件的纵向剖面图；
图9是图8的俯视图。
图中符号说明：1-螺栓A，2-控板，3-限位螺母，4-传力压头，5-螺栓B，6-密封圈D，7-上端件，8-中间件，9-排气孔，10-螺栓C，11-密封圈E，12-煤岩试件，13-加载室，14-试件定位垫片，15-定位凹槽，16-下端件，17-进气口，18-航插，19-密封圈A，20-传力压头行程空间，21-通气道，22-密封圈B，23-补容室，24-密封圈C。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明。
结合图1至图9，本发明含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置包括上端件7、中间件8、下端件16、传力压头4；上端件、中间件和下端件分别通过螺栓B5和螺栓C10相互固定连接成一体，上端件和中间件套接，通过密封圈D6密封，中间件和下端件通过密封圈A19密封形成加载室13，加载室的下部有进气口17，加载室的上部安装航插18，加载室底部中心处有嵌入下端件开设的定位凹槽15中的试件定位垫片14，供煤岩试件12定位放置；所述中间件的上部内孔直径大于上端件的内孔直径，下部内孔直径与上端件内孔直径相同；所述传力压头置于上端件和中间件的内孔中，传力压头的上部与上端件的内孔孔壁滑动连接，通过密封圈C24密封；传力压头的中部直径大于上部直径(如图2和图3所示)，与中间件的上部内孔孔壁滑动连接，通过密封圈B22密封；传力压头的下部与中间件的下部内孔孔壁滑动连接，通过密封圈E11密封；在传力压头中部的上部形成环形补容室23，补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，补容室通过纵向开设在中间件一侧侧壁中的通气道21与所述加载室连通，由补容室、连通气道和加载室共同构成恒容系统，因补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，传力压头下行时，伸入加载室使加载室容积的减少量与补容室容积的增加量相等，确保恒容；在传力压头中部的下部有传力压头行程空间20，传力压头行程空间通过横向开设在中间件另一侧侧壁中的排气孔9与大气相通，传力压头下行时、传力压头行程空间中的气体可从排气孔中排出；所述传力压头的上端有通过螺栓A1与其固定连接的控板2；在所述上端件的上端有与上端件螺纹连接的限位螺母3，在控板按位移向下逐级加载过程中，通过手动旋转限位螺母在上端件螺纹上的升降可对控板加载位移进行逐级限位。

Claims (1)

1.一种含瓦斯煤岩恒容三轴加载装置，其特征在于，包括上端件(7)、中间件(8)、下端件(16)和传力压头(4)；所述上端件、中间件和下端件分别通过螺栓B(5)和螺栓C(10)相互固定连接成一体，上端件和中间件套接，通过密封圈D(6)密封，中间件和下端件通过密封圈A(19)密封形成加载室(13)，加载室的下部有进气口(17)，加载室的上部安装航插(18)，加载室底部中心处有嵌入下端件开设的定位凹槽(15)中的试件定位垫片(14)；所述中间件的上部内孔直径大于上端件的内孔直径，下部内孔直径与上端件内孔直径相同；所述传力压头置于上端件和中间件的内孔中，传力压头的上部与上端件的内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的中部直径大于上部直径，与中间件的上部内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的下部与中间件的下部内孔孔壁密封滑动连接；在传力压头中部的上部形成环形补容室(23)，补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，补容室通过纵向开设在中间件一侧侧壁中的通气道(21)与所述加载室连通，由补容室、连通气道和加载室共同构成恒容系统；在传力压头中部的下部有传力压头行程空间(20)，传力压头行程空间通过横向开设在中间件另一侧侧壁中的排气孔(9)与大气相通；所述传力压头的上端有与其固定连接的控板(2)；在所述上端件的上端有与上端件螺纹连接的限位螺母(3)，在控板按位移向下加载过程中，通过手动旋转限位螺母在上端件螺纹上的升降可对控板加载位移进行逐级限位。
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