CN109163966A - 一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置 - Google Patents

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Abstract

一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，属于煤矿安全技术领域。所述测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，包括屏蔽密封装置、电液伺服加载系统、温度控制系统、瓦斯与真空控制系统和数据测量系统，屏蔽密封装置设置在电液伺服加载系统的上承压板和下承压板之间，温度控制系统包括电源、温度传感器、加热器、电压控制器和温度显示器，瓦斯与真空控制系统包括瓦斯气体瓶、抽真空泵和收气箱，数据测量系统包括位移传感器、载荷传感器、数据采集处理模块和输出终端。所述测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置结构简单，能准确的测定出温度和瓦斯对煤样力学性质影响规律，并且废弃瓦斯能够被收纳，不会造成环境污染。

Description

一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，特别涉及一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置。
背景技术
随着浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭资源开发不断走向地球深部，我国约53％的煤炭资源埋深超过1000m，千米深井的深部煤炭资源开采逐渐成为煤炭资源开发新常态。然而，进入1000～2000米的深部开采，煤炭资源赋存的瓦斯含量增加、地温升高、地质条件复杂、地应力增大、煤岩体破裂程度加剧等因素带来一系列问题，煤矿冲击地压等动力灾害更加严重，对深部煤炭资源开采提出严峻挑战。
为保证深部煤炭资源安全、高效开采，首先就需要了解深部煤岩力学性质，然而煤岩体在超出常规温度与瓦斯含量曾加的环境下，表现出的强度、变形等力学性质与普通环境条件下具有较大差别，而且目前没有较为完善的温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验系统。因此，需要一种实验装置，能够研究煤岩在不同瓦斯浓度和不同温度条件下的力学性质，为深部矿井煤岩稳定性研究提供依据。
发明内容
为了解决现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，结构简单，温度从常温到高温易于控制、能准确的测定出温度和瓦斯对煤样力学性质影响规律，并且废弃瓦斯能够被收纳，不会造成环境污染。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，包括屏蔽密封装置、电液伺服加载系统、温度控制系统、瓦斯与真空控制系统和数据测量系统；
所述屏蔽密封装置包括折叠板、上压板和下压板，煤样设置在屏蔽密封装置内；
所述电液伺服加载系统包括上承压板、下承压板和球形座，所述屏蔽密封装置设置在上承压板和下承压板之间，所述球形座设置在下承压板的下方；
所述温度控制系统包括电源、温度传感器、加热器、电压控制器和温度显示器，所述温度传感器和加热器设置在屏蔽密封装置内部，电压控制器和温度显示器设置在屏蔽密封装置外部，温度传感器与温度显示器连接，加热器与电压控制器连接，电源分别与电压控制器和温度显示器连接；
所述瓦斯与真空控制系统包括瓦斯气体瓶、抽真空泵和收气箱，所述瓦斯气体瓶和抽真空泵均与收气箱连接，收气箱与屏蔽密封装置连接，收气箱与屏蔽密封装置之间设置压力表和控制阀，瓦斯气体瓶与收气箱之间设置瓦斯气体瓶控制阀，抽真空泵与收气箱之间设置抽真空泵控制阀；
所述数据测量系统包括位移传感器、载荷传感器、数据采集处理模块和输出终端，所述位移传感器设置在屏蔽密封装置内部，载荷传感器设置在球形座下方，位移传感器和载荷传感器均与数据采集处理模块的输入端连接，数据采集处理模块的输出端与输出终端连接。
所述屏蔽密封装置为密闭腔室，所述上压板设置在折叠板的上方，下压板设置在折叠板的下方，上压板和下压板均与折叠板螺纹连接，上压板和下压板用于夹持煤样。
所述下压板上设置有温度显示器通孔、加热器通孔、位移传感器通孔和瓦斯抽取注入通孔，温度传感器与温度显示器的连接线穿过温度显示器通孔，加热器与电压控制器的连接线穿过加热器通孔，位移传感器与数据采集处理模块的连接线穿过位移传感器通孔，收气箱与屏蔽密封装置的连接线穿过瓦斯抽取注入通孔。
所述折叠板是透明的。
本发明的有益效果：
(1)屏蔽密封装置是透明的、可伸缩的折叠板与上压板和下压板组成的，能够看到煤样的变形；
(2)瓦斯与真空控制系统在瓦斯注入前，先对样进行真空抽取，在对煤样注入瓦斯时，提高了煤样的瓦斯含量；
(3)温度控制系统设有电压控制器，可根据需要调节加热器控制温度；
(4)通过记录瓦斯压力和温度读数，数据测量系统可直接得出瓦斯-温度-煤岩力学曲线，能准确的测定出温度和瓦斯对煤样力学性质影响规律；
(5)测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置的结构简单，实验过程简单，温度从常温到高温易于控制、废弃瓦斯能够被收纳，不会造成环境污染。
附图说明
图1是本发明提供的一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置的结构示意图；
图2是本发明提供的下压板的俯视图。
其中，
1、电源；2、电压控制器；3、温度显示器；4、上承压板；5、上压板；6、温度传感器；7、加热器；8、下压板；8-1、温度显示器通孔；8-2、加热器通孔；8-3、位移传感器通孔；8-4、瓦斯抽取注入通孔；9、球形座；10、下承压板；11、载荷传感器；12、位移传感器；13、数据采集处理模块；14、输出终端；15、瓦斯气体瓶；16、抽真空泵；17、收气箱；18、压力表；19、控制阀；19-1、抽真空泵控制阀；19-2、瓦斯气体瓶控制阀；20、煤样；21、屏蔽密封装置；22、折叠板；23、渗透孔；24、沟通槽。
具体实施方式
为了解决现有技术存在的问题，如图1至图2所示，本发明提供了一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，包括屏蔽密封装置21、电液伺服加载系统、温度控制系统、瓦斯与真空控制系统、数据测量系统；
屏蔽密封装置21包括折叠板22、上压板5和下压板8，煤样20设置在屏蔽密封装置21内；
电液伺服加载系统包括上承压板4、下承压板10和球形座9，屏蔽密封装置21设置在上承压板4和下承压板10之间，球形座9设置在下承压板10的下方；
温度控制系统包括温度传感器6、加热器7、电压控制器2和温度显示器3，温度传感器6和加热器7设置在屏蔽密封装置21内部，电压控制器2和温度显示器3设置在屏蔽密封装置21外部，温度传感器6与温度显示器3连接，加热器7与电压控制器2连接，电源1分别与电压控制器2和温度显示器3连接；
瓦斯与真空控制系统包括瓦斯气体瓶15、抽真空泵16和收气箱17；瓦斯气体瓶15和抽真空泵16均与收气箱17连接，收气箱17与屏蔽密封装置21连接，收气箱17与屏蔽密封装置21之间设置压力表18和控制阀19，瓦斯气体瓶15与收气箱17之间设置瓦斯气体瓶控制阀19-2，抽真空泵16与收气箱17之间设置抽真空泵控制阀19-1；
数据测量系统包括位移传感器12、载荷传感器11、数据采集处理模块13和输出终端14，位移传感器12设置在屏蔽密封装置21内部，载荷传感器11设置在球形座9下方，位移传感器12和载荷传感器11均与数据采集处理模块13连接，数据采集处理模块13与输出终端14连接。
本发明中，屏蔽密封装置21为密闭腔室，上压板5设置在折叠板22的上方，下压板8设置在折叠板22的下方，上压板5和下压板8均与折叠板22螺纹连接，上压板5和下压板8用于夹持煤样20，电液伺服加载系统起到压力机的作用，为屏蔽密封装置21施加压力，上承压板4设置在上压板5的上方，下承压板10设置在下压板8的下方，上承压板4和下承压板10用于挤压煤样20，球形座9设置在下承压板10的下方，球形座9用于调平，收气箱17用于瓦斯收集和使瓦斯稳压。本发明中，温度传感器6、加热器7、电压控制器2和温度显示器3均为现有技术，位移传感器12、载荷传感器11、数据采集处理模块13和输出终端14均为现有技术。
下压板8上设置有温度显示器通孔8-1、加热器通孔8-2、位移传感器通孔8-3和瓦斯抽取注入通孔8-4，温度传感器6与温度显示器3的连接线穿过温度显示器通孔8-1，加热器7与电压控制器2的连接线穿过加热器通孔8-2，位移传感器12与数据采集处理的连接线穿过位移传感器通孔8-3，收气箱17与屏蔽密封装置21的连接线穿过瓦斯抽取注入通孔8-4。本发明中，如图2所示，瓦斯抽取注入通孔8-4与煤样20的下表面紧密接触，瓦斯抽取注入通孔8-4的周围沿周向平均设置有四个渗透孔23，每个渗透孔23与瓦斯抽取注入通孔8-4通过沟通槽24连接，在瓦斯注入时，瓦斯从瓦斯抽取注入通孔8-4流到四个渗透孔23，有助于加速瓦斯的充入。
折叠板22是透明的。本发明中，折叠板22为透明的，并且可折叠，保证能看到煤样20变形。
本发明中的测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置的使用过程：
(1)将煤样20放置在上压板5与下压板8之间，形成上下夹持状态，透明、可伸缩的折叠板22采用螺纹固定在上压板5和下压板8上组成屏蔽密封装置21，使煤样20处在密封腔室内；
(2)对装有煤样20的屏蔽密封装置21进行真空抽取，打开抽真空泵16、控制阀19、抽真空泵控制阀19-1，同时保证瓦斯气体瓶控制阀19-2关闭，将屏蔽密封装置21内气体抽净，通过观察压力表18来确定气体是否抽取干净，当压力表18恒定，表明抽取干净，关闭抽真空泵16和抽真空泵控制阀19-1；
(3)对装有煤样20的屏蔽密封装置21进行瓦斯注入，打开瓦斯气体瓶15、瓦斯气体瓶控制阀19-2，给屏蔽密封装置21注入瓦斯，通过观察压力表18来确定瓦斯充入量，当压力表18恒定，表明瓦斯充满，关闭瓦斯气体瓶15、控制阀19、瓦斯气体瓶控制阀19-2；
(4)对密封腔室加热，调节所需温度，电源1通电，电压控制器2可以根据需要温度调节加热器7，温度传感器6可以得出煤岩试件表面温度，呈现在温度显示器3上；
(5)电液伺服加载系统通过球形座9调平，保证煤样20上、下端面分别与和上压板5和下压板8紧密接触，电液伺服加载系统对煤样20进行加载，载荷传感器11将检测电液伺服加载系统对煤样20施加的压力信号，并传入数据采集处理模块13，位移传感器12检测上压板5和下压板8之间的位移变化的信号，传入数据采集处理模块13，数据采集处理模块13将处理后的结果输出到输出终端14显示，同时记录温度显示器3温度与瓦斯注入量，最后测得不同温度与瓦斯含量下瓦斯-温度-煤岩力学性质曲线图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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)

1.一种测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，其特征在于，包括屏蔽密封装置、电液伺服加载系统、温度控制系统、瓦斯与真空控制系统和数据测量系统；
所述屏蔽密封装置包括折叠板、上压板和下压板，煤样设置在屏蔽密封装置内；
所述电液伺服加载系统包括上承压板、下承压板和球形座，所述屏蔽密封装置设置在上承压板和下承压板之间，所述球形座设置在下承压板的下方；
所述温度控制系统包括电源、温度传感器、加热器、电压控制器和温度显示器，所述温度传感器和加热器设置在屏蔽密封装置内部，电压控制器和温度显示器设置在屏蔽密封装置外部，温度传感器与温度显示器连接，加热器与电压控制器连接，电源分别与电压控制器和温度显示器连接；
所述瓦斯与真空控制系统包括瓦斯气体瓶、抽真空泵和收气箱，所述瓦斯气体瓶和抽真空泵均与收气箱连接，收气箱与屏蔽密封装置连接，收气箱与屏蔽密封装置之间设置压力表和控制阀，瓦斯气体瓶与收气箱之间设置瓦斯气体瓶控制阀，抽真空泵与收气箱之间设置抽真空泵控制阀；
所述数据测量系统包括位移传感器、载荷传感器、数据采集处理模块和输出终端，所述位移传感器设置在屏蔽密封装置内部，载荷传感器设置在球形座下方，位移传感器和载荷传感器均与数据采集处理模块的输入端连接，数据采集处理模块的输出端与输出终端连接。
2.根据权利要求1所述的，其特征在于测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，所述屏蔽密封装置为密闭腔室，所述上压板设置在折叠板的上方，下压板设置在折叠板的下方，上压板和下压板均与折叠板螺纹连接，上压板和下压板用于夹持煤样。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，所述下压板上设置有温度显示器通孔、加热器通孔、位移传感器通孔和瓦斯抽取注入通孔，温度传感器与温度显示器的连接线穿过温度显示器通孔，加热器与电压控制器的连接线穿过加热器通孔，位移传感器与数据采集处理模块的连接线穿过位移传感器通孔，收气箱与屏蔽密封装置的连接线穿过瓦斯抽取注入通孔。
4.根据权利要求1所述的，其特征在于测定温度和瓦斯对煤样力学性质影响的实验装置，所述折叠板是透明的。
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