CN202770787U

CN202770787U - 真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置

Info

Publication number: CN202770787U
Application number: CN 201220452517
Authority: CN
Inventors: 王春光; 蒋宇静; 王刚; 陈连军; 展晓元
Original assignee: Shandong University of Science and Technology
Current assignee: Shandong University of Science and Technology
Priority date: 2012-09-01
Filing date: 2012-09-01
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2022-09-01

Abstract

本实用新型公开了一种真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置，它是由顶盖、筒体和底盘组成密的筒体；顶盖内设有柱腔，柱腔内安装有柱塞，柱塞内设有用于气体管线；每个压力槽内部设置气囊和凸形橡胶活塞；橡胶活塞两端设有孔洞，孔洞内安装有声发射传感器，声发射传感器导线连接底盘上数据端口传输到声发射采集系统；底盘上设排气口，排气口连接气体压差变送器、气体质量流量计和气体数据采集仪；底盘内布置电热丝；顶盖内设置有温度传感器；顶盖和底盘外表面设有保温层。本实用新型不仅可以实时记录在不同温度、应力状态下煤试件变形及其声发射活动，还可以进行煤-气吸附与解吸过程，并用CT技术定量可视化的煤试件细观结构特征。

Description

真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种测试装置，尤其涉及煤与瓦斯作用的测试装置。

背景技术

在深部煤炭资源开采过程中，煤体从三向受力状态转化为双向受力、煤体的孔隙率、渗透率、热传导能力随之发生变化。因此，开挖后煤层瓦斯会向采动区域流动，不仅改变煤层初始孔隙压力，还改变煤层孔隙结构。此外瓦斯渗流场的变化也可以影响地层热流场，以温度应力形式影响应力场分布，同时又会影响瓦斯渗流场。另外，煤中的复杂孔隙结构还吸附大量气体，环境温度的升高或者煤孔隙压力的降低后都会使吸附瓦斯解吸成游离态，这一过程不仅使煤基质表面物理化学性质变化，还导致孔隙压力重新升高，更进一步影响煤孔隙结构、也能改变游离瓦斯渗流场。深部采煤必然破坏煤层瓦斯渗流场、地温场与地应力场组成的动态平衡体系，只有在一定时间和空间范围内通过质量和能量交换过程才能使整个煤-瓦斯体系重新达多物理场之间新的动态平衡。

因此，研究真三轴状态下煤与瓦斯作用机理，是解决深部开采中煤与瓦斯突出事故的核心问题。

目前，研究煤与瓦斯作用机理，是测试煤试件外表面变形量与宏观渗透率变化。近年来CT技术凭借无损伤检测特点能够定量重构扫描物体细观结构等优点，已经广泛用于研究煤炭安全开采以及煤层气工业领域中的岩石-流体耦合问题。不难发现这些CT检测装置仅考虑煤试件在静压吸附气体，未能考虑多物理耦合作用对煤结构影响。工作面处于采动影响煤体应力状态变化以及煤层瓦斯渗流场和温度场分布区域转移变化，都将显著影响到煤的力学性质。

因此很需要设计一种合理利用CT扫描技术，在实验室内模拟真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置。

发明内容

本实用新型目的是设计一种真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置，该装置在尽可能贴近工况条件下合理利用CT扫描技术，能够测试煤-瓦斯系统在温度场、渗流场和应力场耦合作用下，煤体细观结构变化过程，满足煤-气系统变化过程中多物理参量数据的采集功能。

一种真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置，其特征在于，它是由顶盖、筒体和底盘组成一个密闭的筒体；所述顶盖内设有柱腔，柱腔内安装一个用于对煤试件施加轴向压力的柱塞，柱塞由上、中、下三个变直径圆柱体组成，在筒体内部对称布置四个压力槽，每个压力槽内部均设置一个气囊和一个凸形橡胶活塞；四个气囊均设有与外部高压气源连接的气体管线；柱塞内设有用于向筒体充气的气体管线；所述橡胶活塞的两端设有孔洞，孔洞内安装有声发射传感器，声发射传感器的导线连接底盘上的数据端口传输到外置的声发射采集系统；所述底盘上设排气口，排气口上安装排空气阀，排气口并连接气体压差变送器、气体质量流量计和气体数据采集仪；底盘内布置电热丝；此外，在顶盖内设置有温度传感器；顶盖和底盘外表面设有保温层。

以上所述的筒体和筒体内的压力槽采用既能满足CT扫描时x射线穿透煤试件要求、又有足够刚度满足力学测试的碳纤维材料。

为了保证顶盖的气密性，在活塞中段和上下环腔均设有密封圈。

使用时，将煤块加工成长方体试件，在其表面粘贴应变片和温度补偿片，安置在四个凸形橡胶活塞组成的压力室中，安装好所有传感器和仪表，连接所有测试导线和气体管线，密封连接顶盖与筒体，将柱塞连接到手动液压泵；再将装置固定在CT扫描台，按设计的试验布置进行测试，通过改变煤试件的应力状态模拟开挖卸载过程，实时记录煤体宏细观结构变化信息，得到真三轴状态下煤与瓦斯作用的模拟数据。。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A-A视图。

图中：1-煤试件；2-应变片；3-橡胶活塞；4-电热丝；5-筒体；6-压力槽；7-声发射传感器；8-气囊；9-底盘；10-气体质量流量计；11-气阀；12-气体压差变送器；13-温度控制器；14-密封圈；15-顶盖；16-柱塞；17-高压气源；18-保温层；19-温度传感器；20-温度显示表，21-应变数据采集仪；22-声发射采集系统；23-气体数据采集仪。

具体实施方式

如图1所示的一种真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置，它是由顶盖15、筒体5和底盘9组成一个密闭的筒体；所述顶盖15内设有柱腔，柱腔内安装一个用于对煤试件施加轴向压力的柱塞16，柱塞16的结构由上、中、下三个变直径圆柱体组成；在筒体5内部对称布置四个压力槽6，每个压力槽6内部均设置一个气囊8和一个凸形橡胶活塞3；每个气囊8通过气体管线连接高压气源17；如图2所示；柱塞16内设有用于向筒体5内腔注气的气体管线；所述橡胶活塞3的两端设有圆形孔洞，孔洞内安装有声发射传感器7，声发射传感器7的导线连接到底盘9的数据端口，将声发射数据传输到外置的声发射采集系统22；所述底盘9的排气口上安装排空气阀11，并连接气体压差变送器12、气体质量流量计10和气体数据采集仪23；底盘9内还布置有电热丝4，电热丝4连接外置的温度控制器13；此外，在顶盖15内设置有温度传感器19，温度传感器19连接外置的温度显示表20；顶盖15和底盘9外表面设有保温层18。

为了保证顶盖15的气密性，在活塞16中段和上下环腔均设有密封圈14。

以上所述的筒体5和筒体内的压力槽6应采用既能满足CT扫描时x射线穿透煤试件、又有足够刚度符合力学测试要求，例如碳纤维材料。

Claims

1.一种真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置，其特征在于，它是由顶盖、筒体和底盘组成一个密闭的筒体；所述顶盖内设有柱腔，柱腔内安装一个用于对煤试件施加轴向压力的柱塞，柱塞由上、中、下三个变直径圆柱体组成，在筒体内部对称布置四个压力槽，每个压力槽内部均设置一个气囊和一个凸形橡胶活塞；四个气囊均设有与外部高压气源连接的气体管线；柱塞内设有用于向筒体充气的气体管线；所述橡胶活塞的两端设有孔洞，孔洞内安装有声发射传感器，声发射传感器的导线连接底盘上的数据端口传输到外置的声发射采集系统；所述底盘上设排气口，排气口上安装排空气阀，排气口并连接气体压差变送器、气体质量流量计和气体数据采集仪；底盘内布置电热丝；在顶盖内设置有温度传感器；顶盖和底盘外表面设有保温层。

2.如权利要求1所述的真三轴状态下煤与瓦斯作用的测试装置，其特征在于，在活塞中段和上下环腔均设有密封圈。