CN113654477A - 一种煤体变形测试装置、测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤体变形测试装置、测试系统及测试方法，属于煤体特性研究技术领域。测试装置包括筒体，其为中空结构，中部空腔与筒体两端面连通；样品放置板，其布置于筒体中空内壁中，样品放置板上设有放置煤样的放置位；堵头，其可拆卸式连接于筒体中部空腔两端，堵头中部水平贯穿设置有通气孔；所述筒体顶部对应放置位的位置处贯穿至中空内壁开设有窗口；还包括：护板，其固定于筒体顶面上，护板对应窗口位置处贯穿开设有让位孔一；玻璃窗，其嵌设于护板的让位孔一处。本发明在测试过程中不会受到电磁场、湿度等因素影响实验结果，能同时对实验时的压力、温度等参数进行控制调整，准确采集煤样形变数据，有助于提高实验结果的综合性有效性。
Description
技术领域
本发明属于煤体特性研究技术领域，更具体地说，涉及一种煤体变形测试装置、测试系统及测试方法。
背景技术
大量研究成果表明，煤体吸附瓦斯会发生膨胀变形，解吸瓦斯会发生收缩变形，这种变形会导致煤体强度、应力状态和孔隙结构发生变化，进而影响煤层瓦斯赋存特征与运移特性，因此，研究煤吸附/解吸瓦斯变形和应变力的动态演化特征与机理对深入认识煤岩瓦斯动力灾害的演化机理，获得煤层瓦斯的真实运移规律，指导煤层气高产高效开采等具有重要意义。
近年来，随着人们对煤岩吸附变形特征方面的研究的不断深入，研发了许多用于测试煤岩吸附、解吸变形的仪器装置，这些设备大多时在恒温条件下，利用应变传感器和压力传感器收集信息，结合质量流量计，通过数据分析系统得到相关数据，这些设备推动了相关科研的进展，但是在实际使用过程中存在实验结果单一、误差大等缺陷。
经检索，中国专利公开号：CN 109946215 A；公开日：2019年6月28日；公开了一种原位煤体气体吸附量测试模拟装置，包括原位煤体模拟系统、煤体注水系统、吸附平衡系统、吸附监测系统、数据采集与分析系统；原位煤体模拟系统中采用柱状煤体试验，通过围压加载器和轴压加载器模拟原位煤体所受的应力，通过煤体注水系统模拟原位煤体的含水量，以煤体对气体发生吸附过程中煤体应变的动态变化特征反应煤体对气体的吸附动力学过程，以煤体达到吸附平衡前后的时间节点为关键点，厘定煤体吸附作用引起的气体参考缸压力变化，通过改变煤体所受的模拟应力和含水量得出不同条件下煤体对气体的吸附量。该申请案解决了常规容量法的不足之处，提高了实验精度，但该申请案的装置采用了应变片作为应变传感器去测定煤体形变量，而应变片本身存在缺陷，容易受到环境的影响，如：电磁场、湿度、化学腐蚀等等，并且在连接到测试煤样的过程中粘连的情况也极大影响实验结果，且应变片只能测定一个方向上的应变，不能进行煤样的吸附、解吸时变形的各向异性分布差异的变化规律研究，以及含水煤体含水量等对变形曲线和各向异性等影响分析。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，根据本发明的一方面，提供了一种煤体变形测试装置，该装置包括：
筒体，其为水平放置的中空结构，中部空腔呈圆柱型，中部空腔与筒体两端面连通；
样品放置板，其水平可拆卸布置与筒体中空内壁中，样品放置板上设有放置煤样的放置位；
堵头，其可拆卸式连接于筒体中部空腔两端，堵头中部水平贯穿设置有通气孔；
所述筒体顶部对应放置位的位置处贯穿至中空内壁开设有窗口；还包括：
护板，其固定于筒体顶面上，护板对应窗口位置处贯穿开设有让位孔一；
玻璃窗，其嵌设于护板的让位孔一处。
根据本发明实施例的煤体变形测试装置，可选地，还包括：
压盖，其通过紧固件固定于护板顶面上，压盖对应窗口位置处贯穿开设让位孔二，让位孔二的大小与窗口大小相同。
根据本发明实施例的煤体变形测试装置，可选地，
所述护板的让位孔一孔面积大于窗口面积；
所述玻璃窗顶面边缘与压盖底面间通过密封垫一压紧接触；
所述玻璃窗底面边缘与筒体顶面间通过密封垫二压紧接触。
根据本发明实施例的煤体变形测试装置，可选地，还包括：
压帽，其可拆卸式连接于筒体外壁两端，压帽对应通气孔位置处开设有让位孔三。
根据本发明实施例的煤体变形测试装置，可选地，
所述样品放置板为弧形板，与筒体中部空腔内壁面相匹配；
所述样品放置板上设有多处放置位，每处放置位由两片竖直凸起于样品放置板顶面的挡板构成；
每处放置位中两挡板的间距大于两倍的煤样长度。
根据本发明的另一方面，提供了一种煤体变形测试系统，该系统包括：
测试装置，其为本发明的煤体变形测试装置；
恒温箱，测试装置置于恒温箱中；
增压单元，其与测试装置的一端通气孔连通，向测试装置内输入实验用测试气体；
抽真空单元，其与测试装置的一端通气孔连通，在实验开始时将测试装置的中部空腔抽真空；
显微镜摄像头，其设于测试装置的窗口正上方，采集窗口下方煤样长度变化信息；
终端设备，其接收显微镜摄像头采集的煤样长度变化信息、恒温箱温度信息及测试装置中空腔体内压力信息，并呈现给用户；
气体自动计量装置，其与测试装置的另一端通气孔连通，监测测试装置内煤样的气体吸附量。
根据本发明实施例的煤体变形测试系统，可选地，所述增压单元包括：气源瓶、空压机、气体增压泵、增压进气阀、储气罐、高压气体出口阀、气体减压阀、调压压力表和调压气体出口阀；所述气源瓶内盛装实验用气体，气源瓶与空压机均与气体增压泵进口连通，气体增压泵出口管路设置增压进气阀，储气罐与气体增压泵的出口管路连通，高压气体出口阀也设于气体增压泵的出口管路上，储气罐的连通处位于增压进气阀与高压气体出口阀之间，气体减压阀、调压压力表和调压气体出口阀依次设置于高压气体出口阀之后的出口管路上，出口管路最终于测试装置的一端通气孔连通。
根据本发明实施例的煤体变形测试系统，可选地，还包括：
标准室，其连通于调压气体出口阀与测试装置的一端通气孔之间的管路上；
压力传感器一，其与标准室连接，监测标准室内部气体压力；
装置进气阀一，其设置于测试装置的一端通气孔的进口管路上；
压力传感器二，其与测试装置连接，监测测试装置中部空腔的气体压力。
根据本发明实施例的煤体变形测试系统，可选地，
所述测试装置有多个，多个测试装置相互并联；
所述气源瓶有多种，多个气源瓶相互并联；
所述储气罐个数与气源瓶种类数相同，多个储气罐相互并联。
根据本发明的又一方面，提供了一种煤体变形测试方法，包括如下步骤：
一、装样，取下测试装置筒体一端的压帽与堵头，取出样品放置板，将煤样放置在样品放置板的放置位中，煤样的一端部与放置位一挡板抵接，放置好后将样品放置板放回筒体内，塞好堵头并盖好压帽；
二、抽真空，启动抽真空单元将测试装置中部空腔抽真空，然后关闭测试装置两端的阀门；
三、控温，打开恒温箱电源，调节至实验所需温度并恒定；
四、调试，将显微镜摄像头布置于测试装置窗口正上方，通过终端设备控制显微镜摄像头的位置移动，使显微镜摄像头对准窗口下的煤样端面，调节显微镜摄像头的目镜和物镜，直至终端设备显示出清晰的煤样端面轮廓，定时对窗口下煤样端面拍摄图片；
五、增压，通过增压单元向标准室内注入实验所需气体至压力传感器一上的压力达到实验所需压力，关闭调压气体出口阀，打开装置进气阀，气体进入测试装置中部空腔被煤样吸附，显微镜摄像头将定时拍摄的图片传输至终端设备，得出煤样随时间伸长变形的数据；
六、实验结束，关闭恒温箱，待内部温度降低至常温后，打开放空阀放空测试装置内的压力，取出测试装置内的煤样，实验完毕。
有益效果
相比于现有技术，本发明至少具备如下有益效果：
（1）本发明的煤体变形测试装置，通过摄像头采集窗口下方的煤样图片，能对煤样吸附形变信息进行有效采集，测试数据不会受到电磁场、湿度、化学腐蚀、粘连等因素影响；本发明的装置密封性高，压力变化不会对实验造成影响，进一步地，该装置能实现同时对多个煤样进行观测实验，且观察角度为煤样的轴向变形，便于摄像头采集观察；
（2）本发明的煤体变形测试系统，增压单元可以控制实验所需的压力条件，恒温箱可以控制实验所需温度条件，气体自动计量装置能够记录煤样吸附量，显微镜摄像头能够采集煤样吸附/解吸全程的形变量，通过本发明的系统可以同时对实验时的压力、温度等参数进行控制调整，且可以全程记录煤样随时间的形变，有助于提高实验结果的综合性有效性，且本发明的测试系统中可通过多个测试装置并联、多个储气罐并联的结构，能在一个测试系统中，针对不同的测试装置充入不同的实验气体或不同的实验压力进行实验数据采集，适用范围广；
（3）本发明的煤体变形测试方法，操作简单，易实现对各项实验参数的控制，能实现多通道多样品同时测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1示出了本发明的煤体变形测试装置半剖结构示意图；
图2示出了本发明的煤体变形测试装置俯视图；
图3示出了本发明的煤体变形测试装置主视图；
图4示出了本发明的样品放置板半剖结构示意图；
图5示出了本发明的样品放置板侧视图；
图6示出了本发明的煤体变形测试系统示意图；
图7示出了本发明的增压单元示意图；
附图标记：
1、测试装置；
10、筒体；100、窗口；11、样品放置板；110、挡板；111、放置位；12、堵头；120、通气孔；13、护板；14、玻璃窗；15、压盖；150、紧固件；16、压帽；
2、恒温箱；
3、增压单元；300、气源瓶；301、气源进气阀；302、气源压力表；303、空压机；304、驱动调压阀；305、驱动压力表；306、控制气源阀；307、气体增压泵；308、增压进气阀；309、放空阀；310、储气罐；311、储气压力表；312、储气阀；313、高压气体出口阀；314、气体减压阀；315、调压压力表；316、调压气体出口阀；
317、标准室；318、压力传感器一；319、装置进气阀一；320、压力传感器二；321、装置进气阀二；322、压力传感器三；
4、抽真空单元；
5、显微镜摄像头；
6、终端设备；
7、气体自动计量装置；70、装置出气阀一；71、装置出气阀二；
1000、煤样。
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的附图，对本发明实施例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的一部分实施例，而不是全部的实施例。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“一”、“二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。
实施例1
本实施例的煤体变形测试装置，包括：
筒体10，其为水平放置的中空结构，中部空腔呈圆柱型，中部空腔贯穿筒体10两端面；
样品放置板11，其水平可拆卸布置与筒体10中空内壁中，样品放置板11上设有放置煤样1000的放置位111；
堵头12，其可拆卸式连接于筒体10中部空腔两端，堵头12中部水平贯穿设置有通气孔120；
所述筒体10顶部对应放置位111的位置处贯穿至中空内壁开设有窗口100；还包括：
护板13，其固定于筒体10顶面上，护板13对应窗口100位置处贯穿开设有让位孔一；
玻璃窗14，其嵌设于护板13的让位孔一处。
如图1、图2和图3所示，本实施例的筒体10中部空腔呈圆柱型，其轴线呈水平布置，中部空腔贯穿筒体10两端面与外界连通，在中部空腔内布置有样品放置板11，其形状与中部空腔内壁形状相匹配，可以稳定放置在中部空腔底部，样品放置板11上设有多处放置位111用于放置煤样1000，正对样品放置位111的筒体10顶部开设窗口100，通过窗口100即可观察到煤样1000的变化；进一步地，筒体10两端部的中部空腔内壁可拆卸式塞有堵头12，堵头12边缘套接有密封圈，以确保塞至中部空腔内壁两端后的密封性，在堵头12中部水平贯穿设有通气孔120，使得堵头12安装后筒体10的中部空腔仍能与外界通过通气孔120连通，通过通气孔120即可向中部空腔传输实验用气体，如CH4、CO2等；在筒体10顶面上固定设置有护板13，护板13对应窗口100的位置处开设让位孔一，将窗口100正上方的空间让出，以免影响从上方观察到窗口100下方的视野，护板13让位孔一处嵌设玻璃窗14，通过护板13及玻璃窗14将窗口100上方的空间封闭，在不影响窗口100处视野的情况下配合堵头12将筒体10的中部空腔封闭，以便于实验时在中部空腔内形成满足实验要求的气体压力。
本实施例的煤体变形测试装置，可将柱状的煤样1000放置在样品放置板11上，封闭堵头12后，通过通气孔120向筒体10中部空腔内充气达到实验设置的压力，然后在窗口100正上方设置摄像头，即可拍摄到筒体10内煤样1000吸附气体后的形变，从而方便进行相应的实验分析，本实施例的煤体变形测试装置，相比于应变片法测定，测试过程中不会受到电磁场、湿度、化学腐蚀、粘连等因素影响实验结果，实验精度更高。
实施例2
本实施例的煤体变形测试装置，在实施例1的基础上做进一步改进，还包括：
压盖15，其通过紧固件150固定于护板13顶面上，压盖15对应窗口100位置处贯穿开设让位孔二，让位孔二的大小与窗口100大小相同。
如图1、图2和图3所示，本实施例的紧固件150为双头螺栓，双头螺栓一端穿过压盖15、护板13并与筒体10螺纹连接，另一端旋拧螺母，通过拧紧螺母将压盖15、护板13与筒体10紧固，在压盖15对应窗口100正上方位置处开设让位孔二以免影响摄像机采集窗口100下的煤样1000变化图像，通过压盖15及紧固件150，使得护板13及玻璃窗14的更加稳固，同时强化了窗口100上方空间的气密性，同时压盖15上让位孔二具有一定厚度的内侧壁也能有效防止侧光照影响摄像头采集窗口100下方煤样1000图像。
实施例3
本实施例的煤体变形测试装置，在实施例2的基础上做进一步改进，所述护板13的让位孔一孔面积大于窗口100面积；
所述玻璃窗14顶面边缘与压盖15底面间通过密封垫一压紧接触；
所述玻璃窗14底面边缘与筒体10顶面间通过密封垫二压紧接触。
如图1所示，本实施例中，让位孔二的面积形状与窗口100形状面积相同，并设于窗口100正上方，俯视角下让位孔二边缘与窗口100边缘重合，让位孔一的面积大于窗口100面积，形状与窗口100形状相似，布置于窗口100正上方，由此，与让位孔一嵌合的玻璃窗14的顶面边缘会对应让位孔二边缘旁的压盖15底面，玻璃窗14的底面边缘会对应窗口100边缘旁的筒体10顶面，玻璃窗14顶面及底面边缘分别设置环形的密封垫一和密封垫二，当压盖15配合紧固件150将护板13、筒体10固定后，压紧密封垫一和密封垫二，由此将窗口100处完全密封，进而确保实验过程中窗口100位置不会卸压漏气，以免影响实验结果。
实施例4
本实施例的煤体变形测试装置，在实施例3的基础上做进一步改进，还包括：
压帽16，其可拆卸式连接于筒体10外壁两端，压帽16对应通气孔120位置处开设有让位孔三。
实验过程中向筒体10中部空腔充入高压实验气体后，中部空腔的高压力可能会使堵头12移位脱离堵塞，影响实验进程，因此本实施例设计了压帽16结构，本实施例的压帽16形状呈瓶盖状，在筒体10两端外侧壁攻有螺纹，压帽16可旋拧固定在筒体10两端部外侧，由此对堵头12向外移位的运动趋势形成有效限位，压帽16上开设的让位孔三则同连接通气孔120的管路通过，使得实验时能向筒体10中部空腔正常通气。
实施例5
本实施例的煤体变形测试装置，在实施例4的基础上做进一步改进，所述样品放置板11为弧形板，与筒体10中部空腔内壁面相匹配；
所述样品放置板11上设有多处放置位111，每处放置位111由两片竖直凸起于样品放置板11顶面的挡板110构成；
每处放置位111中两挡板110的间距大于两倍的煤样1000长度。
本实施例的样品放置板11如图4和图5所示，每处放置位111上可放置两块煤样1000，每块煤样1000放置时一端的端面分别抵接放置位111的每块挡板110，如图1所示，由此摄像头拍摄到窗口100下方煤样1000未抵接端面的廓线移动量即为煤样1000吸附后的形变量，每处放置位111中两挡板110的间距大于两倍的煤样1000长度，由此确保吸附膨胀后的两块煤样1000不会相互干涉接触。
实施例6
本实施例的煤体变形测试系统，基于实施例5的煤体变形测试装置，包括：
测试装置1，即为实施例5的煤体变形测试装置；
恒温箱2，测试装置1置于恒温箱2中；
增压单元3，其与测试装置1的一端通气孔120连通，向测试装置1内输入实验用测试气体；
抽真空单元4，其与测试装置1的一端通气孔120连通，在实验开始时将测试装置1的中部空腔抽真空；
显微镜摄像头5，其设于测试装置1的窗口100正上方，采集窗口100下方煤样1000长度变化信息；
终端设备6，其接收显微镜摄像头5采集的煤样1000长度变化信息、恒温箱2温度信息及测试装置1中空腔体内压力信息，并呈现给用户；
气体自动计量装置7，其与测试装置1的另一端通气孔120连通，监测测试装置1内煤样1000的气体吸附量。
本实施例的煤体变形测试系统，如图6所示。
本实施例的测试装置1结构即为实施例5的结构，更具体地说，本实施例的测试装置1总长度250mm，满足φ10×50mm的煤样1000四个的放置，测试装置1工作压力为30MPa，筒体10采用316L不锈钢材质加工，筒体10顶部开设两个窗口100，可视范围均为10×80mm，测试装置1中的密封原件均选用耐甲烷气、二氧化碳气体氟橡胶密封件；
恒温箱2可以设定实验温度并保持恒温，选用前部对开门高温恒温箱2，采用智能单片机控温系统，通过铂电阻的精准测量温度，将测试装置1置于恒温箱2中由此实现实验过程中的温度控制；
增压单元3的作用是将实验用气体如CH4、CO2等增压至实验所需的压力条件后传输至测试装置1的中部空腔，增压单元3的出口管路与测试装置1的一端通气孔120连通，进行实验气体的传输；
抽真空单元4也与测试装置1的一端通气孔120连通，在增压单元3充气前将测试装置1中部空腔抽成真空状态，本实施例的抽真空单元4由真空泵、缓冲容器、真空表组成，真空泵为2L/s，真空度6×10-2pa；
本实施例的显微镜摄像头5采用瀚光Mhago视频检测显微镜，物镜变倍范围0.7X~4.5X连续变倍，总放大倍数7X~320X，视频分辨率达到1920×1080，图像采样帧率60fps/秒高速图像摄取，以60颗可调亮度LED为光源，能够进行精密的校正及测量功能，精度0.005mm，有效采集测量窗口100下煤样1000的形变数据；
本实施例的终端设备6为计算机，可以接受显微镜摄像头5采集传输的图像数据，并可测算显示煤样1000长度变化，同时还能采集恒温箱2的温度信息，以及测试装置1中空腔体内压力信息，并能将这些信息通过显示器呈现给用户，以便于分析实验结果；
本实施例的气体自动计量装置7与测试装置1另一端通气孔120连通，能根据筒体10中部空腔进气后压力变化计量煤样1000的吸附量，气体自动计量装置7通过压力反馈与电机作用实现自动化计量，能够实现不同量程的气体计量的自动实时计量，能够满足湿式气的计量，单管计量容积≥500ml，弹性蓄能密封，误差≤0.1ml。
本实施例的煤体变形测试系统中，增压单元3可以控制实验所需的压力条件，恒温箱2可以控制实验所需温度条件，气体自动计量装置7能够记录煤样1000吸附量，显微镜摄像头5能够采集煤样1000吸附/解吸时的形变量，通过本实施例的系统可以同时对实验时的压力、温度等参数进行控制调整，且可以全程记录煤样1000随时间的形变，有助于提高实验结果的综合性有效性。
实施例7
本实施例的煤体变形测试系统，在实施例6的基础上做进一步改进，所述增压单元3包括：气源瓶300、空压机303、气体增压泵307、增压进气阀308、储气罐310、高压气体出口阀313、气体减压阀314、调压压力表315和调压气体出口阀316；所述气源瓶300内盛装实验用气体，气源瓶300与空压机303均与气体增压泵307进口连通，气体增压泵307出口管路设置增压进气阀308，储气罐310与气体增压泵307的出口管路连通，高压气体出口阀313也设于气体增压泵307的出口管路上，储气罐310的连通处位于增压进气阀308与高压气体出口阀313之间，气体减压阀314、调压压力表315和调压气体出口阀316依次设置于高压气体出口阀313之后的出口管路上，出口管路最终于测试装置1的一端通气孔120连通。
如图7所示，本实施例的增压单元3中，气源瓶300盛装CO2、CH4等实验用气体，气源瓶300瓶口处的管路上设有气源进气阀301及气源压力表302，气源进气阀301能控制气源瓶300中的气体是否向后续管路中进气，气源压力表302检测该处管路的气体压力，气源瓶300瓶口处的管路与气体增压泵307接通；
空压机303接通气体增压泵307的管路上，自靠近空压机303位置至靠近气体增压泵307位置，依次设有驱动调压阀304、驱动压力表305和控制气源阀306；
气体增压泵307有两路进口，一路与气源瓶300瓶口管路连通，另一路与空压机303管路连通，气体增压泵307出口处接通管路，在出口管路靠近气体增压泵307位置处设置一增压进气阀308，控制增压气体是否通向后续管路，在增压进气阀308之后的出口管路上接通储气罐310，即储气罐310的接通位置相比于增压进气阀308更远离气体增压泵307，在出口管路更靠后的位置处设有高压气体出口阀313，即按照距离气体增压泵307由近及远的顺序，出口管路上依次设置有增压进气阀308、储气罐310接通管路及高压气体出口阀313；
在储气罐310罐口管路处设置有储气阀312与储气压力表311，储气阀312控制储气罐310是否进出气，储气压力表311检测储气罐310内压力；
在高压气体出口阀313之后的出口管路上按距高压气体出口阀313由近及远的顺序依次设置气体减压阀314、调压压力表315和调压气体出口阀316，出口管路最终与测试装置1的一端通气孔120接通。
本实施例的增压单元3增压工作时，先关闭所有阀门，打开气源进气阀301，看气源压力表302是否有压力显示，以确认管路连接气密性，然后打开空压机303，调节驱动调压阀304，使驱动压力表305上有压力显示，并控制压力显示小于等于7Bar以确保气体增压泵307的寿命，然后打开控制气源阀306，气体增压泵307开始工作，并打开增压进气阀308以及储气阀312，向储气罐310中通入增压后的实验气体，储气罐310中储满气体后关闭空压机303及气体增压泵307，此时储气罐310中的压力大于实验所需压力，并关闭增压进气阀308、控制气源阀306、驱动调压阀304、气源进气阀301；打开高压气体出口阀313，观察调压压力表315示数是否为实验所需压力，若压力不足，打开储气阀312，若压力超过，打开气体减压阀314至压力为实验所需压力，然后关闭气体减压阀314，并打开调压气体出口阀316，向测试装置1内通入气体。
进一步地，在增压进气阀308与高压气体出口阀313之间还设有放空阀309，用于在实验结束后排空测试装置1及管路内的增压气体。
实施例8
本实施例的煤体变形测试系统，在实施例7的基础上做进一步改进，还包括：
标准室317，其连通于调压气体出口阀316与测试装置1的一端通气孔120之间的管路上；
压力传感器一318，其与标准室317连接，监测标准室317内部气体压力；
装置进气阀一319，其设置于测试装置1的一端通气孔120的进口管路上；
压力传感器二320，其与测试装置1连接，监测测试装置1中部空腔的气体压力。
如图6和图7所示，在调压气体出口阀316与测试装置1间的出口管路上还设有标准室317，标准室317位于恒温箱2内，由耐高压不锈钢无缝管材制成，钢管标准GB/T 4976，材料选用0Cr17Ni12Mo2(S31608)材质，容积500ml，最大耐压40MPa，耐温150℃，标准室317内设有测温孔用于监控待吸附气体温度，通过设置标准室317使得待吸附气体的的温度能在恒温箱2中更接近实验所需的温度避免气体温度与实验温度相差过大产生实验结果误差，并且能便于吸附量的计算。
进一步地，压力传感器一318与压力传感器二320量程30MPa，精度0.1%F·S，压力值由二次仪表直接显示，并可通过RS232接口实现与计算机通讯，压力传感器二320的显示即为测试装置1内部压力，压力传感器一318显示即为标准室317内部压力。
实施例9
本实施例的煤体变形测试系统，在实施例8的基础上做进一步改进，所述测试装置1有多个，多个测试装置1相互并联；
所述气源瓶300有多种，多个气源瓶300相互并联；
所述储气罐310个数与气源瓶300种类数相同，多个储气罐310相互并联。
由于煤体吸附/解吸实验不仅仅测试煤样1000对一种气体的吸附形变特性，需要测试多种气体，因此，本实施例的增压单元3中，可以设置多个气源瓶300并联，储气罐310个数与气源瓶300种类数相同，分别打开每种气源瓶300进行增压，然后向一个储气罐310中储气，在打开不同种气源瓶300进行增压时，则打开不同的储气阀312向不同的储气罐310储气；同理，测试装置1也可以并联布置，如可布置两个测试装置1，其中测试装置一的一端通气孔120接通标准室317出口管路，并在测试装置一通气孔120处设置装置进气阀一319和压力传感器二320，另一通气孔120处设置装置出气阀二71；在测试装置二的一端通气孔120也接通标准室317出口管路，并在测试装置二通气孔120处设置装置进气阀二321和压力传感器三322，另一通气孔120处设置装置出气阀一70，可以通过控制不同的装置进气阀开闭以及不同储气罐310储气阀312的开闭，来向各测试装置1内充入不同的实验气体，或不同的气压，从而在一套测试系统中同时观察不同参数设置下的煤体特性，增加了本系统的适用范围。
实施例10
本实施例的煤体变形测试方法，包括如下步骤：
一、装样，取下测试装置1筒体10一端的压帽16与堵头12，取出样品放置板11，将煤样1000放置在样品放置板11的放置位111中，煤样1000的一端部与放置位111一挡板110抵接，放置好后将样品放置板11放回筒体10内，塞好堵头12并盖好压帽16；
二、抽真空，启动抽真空单元4将测试装置1中部空腔抽真空，然后关闭测试装置1两端的阀门；
三、控温，打开恒温箱2电源，调节至实验所需温度并恒定；
四、调试，将显微镜摄像头5布置于测试装置1窗口100正上方，通过终端设备6控制显微镜摄像头5的位置移动，使显微镜摄像头5对准窗口100下的煤样1000端面，调节显微镜摄像头5的目镜和物镜，直至终端设备6显示出清晰的煤样1000端面轮廓，定时对窗口100下煤样1000端面拍摄图片；
五、增压，通过增压单元3向标准室317内注入实验所需气体至压力传感器一318上的压力达到实验所需压力，关闭调压气体出口阀316，打开装置进气阀，气体进入测试装置1中部空腔被煤样1000吸附，显微镜摄像头5将定时拍摄的图片传输至终端设备6，得出煤样1000随时间伸长变形的数据；
六、实验结束，关闭恒温箱2，待内部温度降低至常温后，打开放空阀309放空测试装置1内的压力，取出测试装置1内的煤样1000，实验完毕。
本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种煤体变形测试装置，其特征在于，包括：
筒体，其为水平放置的中空结构，中部空腔呈圆柱型，中部空腔与筒体两端面连通；
样品放置板，其水平可拆卸布置于筒体中空内壁中，样品放置板上设有放置煤样的放置位；
堵头，其可拆卸式连接于筒体中部空腔两端，堵头中部水平贯穿设置有通气孔；
所述筒体顶部对应放置位的位置处贯穿至中空内壁开设有窗口；还包括：
护板，其固定于筒体顶面上，护板对应窗口位置处贯穿开设有让位孔一；
玻璃窗，其嵌设于护板的让位孔一处。
2.根据权利要求1所述的一种煤体变形测试装置，其特征在于，还包括：
压盖，其通过紧固件固定于护板顶面上，压盖对应窗口位置处贯穿开设让位孔二，让位孔二的大小与窗口大小相同。
3.根据权利要求2所述的一种煤体变形测试装置，其特征在于：
所述护板的让位孔一孔面积大于窗口面积；
所述玻璃窗顶面边缘与压盖底面间通过密封垫一压紧接触；
所述玻璃窗底面边缘与筒体顶面间通过密封垫二压紧接触。
4.根据权利要求3所述的一种煤体变形测试装置，其特征在于，还包括：
压帽，其可拆卸式连接于筒体外壁两端，压帽对应通气孔位置处开设有让位孔三。
5.根据权利要求4所述的一种煤体变形测试装置，其特征在于：
所述样品放置板为弧形板，与筒体中部空腔内壁面相匹配；
所述样品放置板上设有多处放置位，每处放置位由两片竖直凸起于样品放置板顶面的挡板构成；
每处煤样放置位中两挡板的间距大于两倍的煤样长度。
6.一种煤体变形测试系统，其特征在于，包括：
测试装置，其为权利要求5所述的煤体变形测试装置；
恒温箱，测试装置置于恒温箱中；
增压单元，其与测试装置的一端通气孔连通，向测试装置内输入实验用测试气体；
抽真空单元，其与测试装置的一端通气孔连通，在实验开始时将测试装置的中部空腔抽真空；
显微镜摄像头，其设于测试装置的窗口正上方，采集窗口下方煤样长度变化信息；
终端设备，其接收显微镜摄像头采集的煤样长度变化信息、恒温箱温度信息及测试装置中空腔体内压力信息，并呈现给用户；
气体自动计量装置，其与测试装置的另一端通气孔连通，监测测试装置内煤样的气体吸附量。
7.根据权利要求6所述的一种煤体变形测试系统，其特征在于：所述增压单元包括：气源瓶、空压机、气体增压泵、增压进气阀、储气罐、高压气体出口阀、气体减压阀、调压压力表和调压气体出口阀；所述气源瓶内盛装实验用气体，气源瓶与空压机均与气体增压泵进口连通，气体增压泵出口管路设置增压进气阀，储气罐与气体增压泵的出口管路连通，高压气体出口阀也设于气体增压泵的出口管路上，储气罐的连通处位于增压进气阀与高压气体出口阀之间，气体减压阀、调压压力表和调压气体出口阀依次设置于高压气体出口阀之后的出口管路上，出口管路最终于测试装置的一端通气孔连通。
8.根据权利要求7所述的一种煤体变形测试系统，其特征在于，还包括：
标准室，其连通于调压气体出口阀与测试装置的一端通气孔之间的管路上；
压力传感器一，其与标准室连接，监测标准室内部气体压力；
装置进气阀一，其设置于测试装置的一端通气孔的进口管路上；
压力传感器二，其与测试装置连接，监测测试装置中部空腔的气体压力。
9.根据权利要求8所述的一种煤体变形测试系统，其特征在于：
所述测试装置有多个，多个测试装置相互并联；
所述气源瓶有多种，多个气源瓶相互并联；
所述储气罐个数与气源瓶种类数相同，多个储气罐相互并联。
10.一种煤体变形测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
一、装样，取下测试装置筒体一端的压帽与堵头，取出样品放置板，将煤样放置在样品放置板的放置位中，煤样的一端部与放置位一挡板抵接，放置好后将样品放置板放回筒体内，塞好堵头并盖好压帽；
二、抽真空，启动抽真空单元将测试装置中部空腔抽真空，然后关闭测试装置两端的阀门；
三、控温，打开恒温箱电源，调节至实验所需温度并恒定；
四、调试，将显微镜摄像头布置于测试装置窗口正上方，通过终端设备控制显微镜摄像头的位置移动，使显微镜摄像头对准窗口下的煤样端面，调节显微镜摄像头的目镜和物镜，直至终端设备显示出清晰的煤样端面轮廓，定时对窗口下煤样端面拍摄图片；
五、增压，通过增压单元向标准室内注入实验所需气体至压力传感器一上的压力达到实验所需压力，关闭调压气体出口阀，打开装置进气阀，气体进入测试装置中部空腔被煤样吸附，显微镜摄像头将定时拍摄的图片传输至终端设备，得出煤样随时间伸长变形的数据；
六、实验结束，关闭恒温箱，待内部温度降低至常温后，打开放空阀放空测试装置内的压力，取出测试装置内的煤样，实验完毕。
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