CN213180999U - 一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于岩石力学实验领域，涉及一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，包括箱体、固定安装在箱体上的盖板、套装在箱体内用于放置待检测试样的金属套筒以及为箱体提供长期稳定压力的空压机，空压机上安装有稳压阀，箱体内放置有便于待检测试样持续浸泡的水，箱体内的水中安装有带温控器的加热装置，套筒内的待检测试样上方卡设有带压力传感器的挡板，套筒中部安装有自由端穿出盖板且固定安装有千分表的探针，盖板上还安装有与压力传感器信号连接的万用表，该装置能支持长期开展泥岩在不同环境温度和水压条件下的浸水、崩解和膨胀性演化实验。

Description

一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置

技术领域

本实用新型属于岩石力学实验领域，涉及一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，尤其涉及一种测量还原重塑煤系泥岩样水化膨胀性能的装置。

背景技术

煤系炭质泥岩是一种与煤层伴生沉积岩系，岩性变化较大，力学性质与水和环境因素的关系极其密切，研究表明：岩体含水率的大小严重影响着岩石的各项力学参数，而且水对于岩体的作用具有时间效应。当岩石含水率不断增长，岩石抗压强度下降幅度明显增大，岩石开始发生破裂膨胀，而应变软化现象急剧减少。温度越高，泥岩最大应力应变均有所削弱；含水率高的泥岩，其弹性模量及单轴抗压强度相对要小一些。煤系炭质泥岩的这种具有遇水软化、崩解和失水收缩、开裂的特性，导致巷道开挖后围岩的支护难度大、控制效果差，极易发生巷道底鼓、冒顶、抽冒、甚至塌方灾害，严重影响巷道稳定性。特别是，如果煤矿软岩处于有压力水影响的条件下，巷道的围岩膨胀变形规律将会变得更加的复杂，这对巷道围岩的控制增加了难度。

现有的泥岩膨胀实验设备对于泥岩水化膨胀力和膨胀变形的测量越来越方便和准确，但是大多是在常温常压下完成实验、缺少精确的环境因素控制，少有膨胀试验装置能够定量和定性研究环境水压和环境温度作用下泥岩吸水状态、膨胀状态以及应力状态随时间的变化规律，难以模拟煤矿井下压力环境和温度环境对于煤系炭质泥岩吸水膨胀的影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型为了解决现有泥岩膨胀实验设备测量泥岩水化膨胀应变，未考虑井底压力环境和环境温度对于泥岩水化的影响，不能准确模拟泥岩在不同温度和水压下演化的问题，提供一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，该装置能支持长期开展泥岩在不同环境温度和水压条件下的浸水、崩解和膨胀性演化实验。

为达到上述目的，本实用新型提供一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，包括箱体、固定安装在箱体上的盖板、套装在箱体内用于放置待检测试样的金属套筒以及为箱体提供长期稳定压力的空压机，空压机上安装有稳压阀，箱体内放置有便于待检测试样持续浸泡的水，箱体内的水中安装有带温控器的加热装置，套筒内的待检测试样上方卡设有带压力传感器的挡板，套筒中部安装有自由端穿出盖板且固定安装有千分表的探针，盖板上还安装有与压力传感器信号连接的万用表。

本基础方案的有益效果在于：箱体内放置的水起到持续浸泡待检测试样的作用，空压机与稳压阀组成持续供压系统，为箱体内的水提供持续压力，进而模拟外界环境水压。加热装置和温控器组成持续控温系统，实现箱体内水的高精度稳定温度控制，进而模拟外界环境温度。探针可以自动检测吸水后待检测试样的纵向膨胀变形量。泥岩遇水后不断吸水膨胀会向套筒内壁各个方向产生膨胀压力，压力传感器的电阻值随薄膜区压力增大而减小，挡板上的压力传感器能够将该压力转化为万用表上的电阻值数值进行换算，进而获得待检测试样的轴向/侧向膨胀应力。

进一步，稳压阀的控制精度为0.1Mpa，稳压阀的调节范围为0.1Mpa～1.0Mpa，千分表的控制精度为0.001mm，压力传感器为电阻式薄膜压力传感器，压力传感器的感应范围为0～5Mpa，压力传感器能够将0N～20N压力转换成万用表上电阻值的变化。

进一步，加热装置为插在套筒下方水中的加热管，温控器上安装有自带插座的感温探头。有益效果：自带插座的感温探头能够自动开/断电控制加热管开关，水温低于设定下限，则加热管通电加热；水温高于设定上限，则温控器插座断电、加热管停止加热。

进一步，套筒内侧的待检测试样外套有带孔隔层。有益效果：隔层上的孔为均匀细密的小孔，保持试件与水少量接触。

进一步，箱体与盖板通过螺栓紧固件连接。有益效果：通过螺栓紧固件固定连接的箱体与盖板，便于拆装。

一种煤系泥岩水化膨胀性能的测试方法，包括以下步骤：

A、将待检测的煤系泥岩放置于套筒内的隔层中进行保护，保持泥岩塑性，将套筒放置在装有水的箱体内，盖板固定在箱体内，将泥岩上放置带压力传感器的挡板，压力传感器与万用表连通；

B、开启空压机，通过空压机上的稳压阀为箱体持续供压，稳压阀的调节范围为0.1～1.0Mpa，通过温控器调节箱体内水的温度，模拟泥岩所处岩层的环境温度；

C、通过读取万用表电阻值，间接测量不同压力温度条件下试样轴向/侧向膨胀应力；

D、取掉泥岩上的挡板，将千分尺上连接的探针靠近试样表面，通过读取千分尺上数值，测量不同压力温度条件下试样轴向膨胀应变。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型所公开的测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，由空压机和气体稳压阀组成持续供压系统(0.1Mpa～1.0MPa)和稳压控制系统(控制精度0.1Mpa)；采用高精度智能控温系统和液体加热装置可实现高精度稳定温度控制；轴向膨胀应变采用高精度千分表在线监测系统，最小能测得0.001mm的变形；FSR402电阻式薄膜压力传感器可将0N～20N压力转换成电阻值的变化，从而通过高精度万用表获得待检测试样的膨胀压力信息；该仪器能支持长期开展泥岩在不同环境温度和水压条件下的浸水、崩解和膨胀性演化实验。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本实用新型测量煤系泥岩水化膨胀性能装置的结构示意图。

附图标记：空压机1、稳压阀2、温控器3、千分表4、万用表5、探针6、套筒7、隔层8、试样9、水10、加热管11、箱体12。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

如图1所示的一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，包括箱体12、固定安装在箱体12上的盖板、套装在箱体12内用于放置待检测试样9的金属套筒7以及为箱体12提供长期稳定压力的空压机1，箱体12与盖板通过螺栓紧固件连接。通过螺栓紧固件固定连接的箱体12与盖板，便于拆装。待检测试样9与套筒7之间还设置有包裹在待检测试样9外用于保持试验塑性的带孔隔层8，隔层8为橡胶材质。

隔层8上的孔为均匀细密的小孔，保持试样9与水10少量接触。空压机1上安装有稳压阀2，稳压阀2的控制精度为0.1Mpa，稳压阀2的调节范围为0.1Mpa～1.0Mpa，箱体12内放置有便于待检测试样9持续浸泡的水10，箱体12内的水10中安装有带温控器3的加热装置，加热装置为插在套筒7下方水10中的加热管11，温控器3上安装有自带插座的感温探头。自带插座的感温探头能够自动开/断电控制加热管11开关，水10温低于设定下限，则加热管11通电加热；水10温高于设定上限，则温控器3插座断电、加热管11停止加热。

套筒7内的待检测试样9上方卡设有带压力传感器的挡板，套筒7中部安装有自由端穿出盖板且固定安装有千分表4的探针6，千分表4的控制精度为0.001mm，盖板上还安装有与压力传感器信号连接的万用表5。压力传感器为FSR400薄膜型电阻式薄膜压力传感器，压力传感器的感应范围为0～5Mpa，压力传感器能够将0N～20N压力转换成万用表5上电阻值的变化。

箱体12内放置的水10起到持续浸泡待检测试样9的作用，空压机1与稳压阀2组成持续供压系统，为箱体12内的水10提供持续压力，进而模拟外界环境水10压。加热装置和温控器3组成持续控温系统，实现箱体12内水10的高精度稳定温度控制，进而模拟外界环境温度。探针6可以自动检测吸水10后待检测试样9的纵向膨胀变形量。泥岩遇水10后不断吸水10膨胀会向套筒7内壁各个方向产生膨胀压力，压力传感器的电阻值随薄膜区压力增大而减小，挡板上的压力传感器能够将该压力转化为万用表5上的电阻值数值进行换算，进而获得待检测试样9的轴向/侧向膨胀应力。

一种煤系泥岩水化膨胀性能的测试方法，包括以下步骤：

A、将待检测的煤系泥岩放置于套筒7内的隔层8中进行保护，保持泥岩塑性，将套筒7放置在装有水10的箱体12内，盖板固定在箱体12内，将泥岩上放置带压力传感器的挡板，压力传感器与万用表5连通；

B、开启空压机1，通过空压机1上的稳压阀2为箱体12持续供压，稳压阀2的调节范围为0.1～1.0Mpa，通过温控器3调节箱体12内水10的温度，模拟泥岩所处岩层的环境温度，水10温可以设定为25～30℃，30～35℃，35～40℃，40～45℃，45～50℃，温控器3有一个感温探头，并自带插座，通过开/断电控制加热管11开关，水10温低于设定下限，则加热管11通电加热；水10温高于设定上限，则温控器3插座断电、加热管11停止加热；

C、通过读取万用表5电阻值，间接测量不同压力温度条件下试样9轴向/侧向膨胀应力；

D、取掉泥岩上的挡板，将千分尺上连接的探针6靠近试样9表面，通过读取千分尺上数值，测量不同压力温度条件下试样9轴向膨胀应变。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，其特征在于，包括箱体、固定安装在箱体上的盖板、套装在箱体内用于放置待检测试样的金属套筒以及为箱体提供长期稳定压力的空压机，空压机上安装有稳压阀，箱体内放置有便于待检测试样持续浸泡的水，箱体内的水中安装有带温控器的加热装置，套筒内的待检测试样上方卡设有带压力传感器的挡板，套筒中部安装有自由端穿出盖板且固定安装有千分表的探针，盖板上还安装有与压力传感器信号连接的万用表。

2.如权利要求1所述测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，其特征在于，所述稳压阀的控制精度为0.1Mpa，稳压阀的调节范围为0.1Mpa～1.0Mpa，千分表的控制精度为0.001mm，压力传感器为电阻式薄膜压力传感器，压力传感器的感应范围为0～5Mpa，压力传感器能够将0N～20N压力转换成万用表上电阻值的变化。

3.如权利要求1所述测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，其特征在于，所述加热装置为插在套筒下方水中的加热管，温控器上安装有自带插座的感温探头。

4.如权利要求1所述测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，其特征在于，所述套筒内侧的待检测试样外套有带孔隔层。

5.如权利要求1所述测量煤系泥岩水化膨胀性能的装置，其特征在于，所述箱体与盖板通过螺栓紧固件连接。

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