CN215598950U - 煤岩体渗流试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种煤岩体渗流试验装置，属于试验技术领域，包括用于放置试样的密封包壳，所述密封包壳具有侧壁、底壁和顶壁，所述底壁和顶壁分别连接有用于使测试气体进入密封包壳的进气通道和用于使测试气体流出密封包壳的出气通道，所述侧壁采用玻璃化转变温度为50～100℃的高分子聚合物制成，并在密封包壳外设置有一级加热缸，使密封包壳的侧壁在一级加热缸的作用下融化，将试样的侧壁密封。本实用新型使密封更加彻底，稳定性好，使试验结果更加精确，并且实现了不同渗透路径的串联、并联、混联渗流，适用于所有煤岩体渗流试验。

Description

煤岩体渗流试验装置

技术领域

本实用新型属于试验技术领域，涉及一种岩石力学性质试验装置，具体地说是一种煤岩体渗流试验装置。

背景技术

目前为研究煤岩体内部的渗流特性，可以进行的渗透试验有：标准煤岩体渗流加载破坏中的渗流试验、破裂后煤岩体的渗流试验、散体状态的煤岩体渗流试验。

上述试验的试验装置普遍具有一定缺陷。试验装置中通过橡胶圈将试样密封，一旦密封不彻底，使气体沿缸筒壁流动，会给试验结果带来极大的误差，影响试验的准确性。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的以上不足，本实用新型旨在提供一种煤岩体渗流试验装置，以达到避免密封不彻底带来的试验误差的目的。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：一种煤岩体渗流试验装置，包括用于放置试样的密封包壳，所述密封包壳具有侧壁、底壁和顶壁，所述底壁和顶壁分别连接有用于使测试气体进入密封包壳的进气通道和用于使测试气体流出密封包壳的出气通道，所述侧壁采用玻璃化转变温度为50～100℃的高分子聚合物制成，并在密封包壳外设置有一级加热缸，使密封包壳的侧壁在一级加热缸的作用下融化，将试样的侧壁密封。

作为对本实用新型的限定：所述一级加热缸包括管状缸体，所述缸体壁中设置有一级加热管。

作为对本实用新型的限定：所述一级加热缸通过渗流主缸套设在密封包壳外，所述渗流主缸包括套接于一级加热缸内的管状缸体，所述管状缸体靠近地面的端部向外延伸，形成用于定位一级加热缸的下凸缘。

作为对本实用新型的限定：所述渗流主缸管状缸体的远离地面的端部向外延伸，形成用于定位一级加热缸的上凸缘，使一级加热缸固定于渗流主缸的上凸缘和下凸缘之间，所述一级加热缸的管状缸体由两个半圆环状壳体拼接而成。

作为对本实用新型的限定：所述密封包壳的底壁和顶壁为插接于侧壁端部的多孔透气结构，所述底壁和顶壁的大小与侧壁的内壁相匹配。

作为对本实用新型的限定：所述密封包壳的底壁下端设置有下压块，所述进气通道开设在下压块上；所述密封包壳的顶壁上端设置有上压块，所述出气通道开设在上压块上。

作为对本实用新型的限定：所述上压块通过上盖板固设于密封包壳的顶壁上。

作为对本实用新型的限定：所述一级加热缸外套接有二级加热缸，所述二级加热缸包括管状缸体，所述缸体壁中埋设有二级加热管。

作为对本实用新型的限定：所述一级加热缸设置有一个或多个，所述每个一级加热缸内均设置有密封包壳。

作为对本实用新型的限定：当所述一级加热缸设置有多个时，所述多个一级加热缸均固设于一个二级加热缸中。

由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的有益效果在于：

（1）本实用新型设置有侧壁能够在高温下融化的密封包壳，并在密封包壳外设置一级加热缸，能够使密封包壳的侧壁融化，既能够密封层叠串联的试样，又能够密封试样与渗流主缸之间的空隙，减少气体沿壁渗流的现象发生，使密封更加彻底，使试验结果更加精确；进一步的，在一级加热缸外还设置有二级加热缸，能够缓解一级加热缸的热量流失，保证密封壳体能够完全融化，稳定性好；

（2）本实用新型设置有一个或多个一级加热缸，并在每个一级加热缸内均设置有密封包壳和渗流主缸，意味着本实用新型可以具有多个试验通道，此时可以通过分段组合试样的方法实现不同渗透路径的串联渗流，也可以在不同的试验通道放置试样，采用四路渗流主缸的方式，实现不同渗透路径的并联渗流，也可以通过单缸串联、多缸并联的方法，实现混联渗流，能够更加精确地反映混合煤岩体中非均匀介质渗流特性。

综上所述，本实用新型使密封更加彻底，稳定性好，使试验结果更加精确，并且实现了不同渗透路径的串联、并联、混联渗流，适用于所有煤岩体渗流试验。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作更进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例1的内部结构示意图；

图2为本实用新型实施例1图1中A-A的剖视图；

图3为本实用新型实施例2的内部结构示意图；

图4为本实用新型实施例2图3中B-B的剖视图；

图5为本实用新型实施例3的内部结构示意图；

图6为本实用新型实施例3图5中C-C的剖视图。

图中：图中：10-密封包壳，101-侧壁，102-底壁，103-顶壁，20-渗流主缸，30-一级加热缸，40-一级加热管，50-上压块，60-一级密封圈，70-出气通道，80-上盖板，90-二级密封圈，100-下压块，110-下压板，120-三级密封圈，130-进气通道，140-二级加热缸，150-二级加热管，160-固定台基座。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的煤岩体渗流试验装置为优选实施例，仅用于说明和解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

本实用新型所述的“上”“下”“左”“右”等方位用词或位置关系，是基于本实用新型说明书附图的方位关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，并不是指示或暗指的装置或元件必须具有的特定的方位、为特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护的内容的限制。

实施例1 煤岩体渗流试验装置

本实施例如图1、图2所示，为一种煤岩体渗流试验装置，包括用于放置试样的密封包壳10，密封包壳10连接有用于使测试气体进入密封包壳10的进气通道130和用于使测试气体流出密封包壳10的出气通道70，密封包壳10的侧壁101采用玻璃化转变温度为50～100℃的高分子聚合物制成，并在密封包壳10外设置有一级加热缸30，使密封包壳10的侧壁101在一级加热缸30的作用下融化，将试样的侧壁101密封，减少气体沿壁渗流的现象发生。

密封包壳10为中空的圆柱形腔体结构，包括圆管形状的具有密封结构的侧壁101，侧壁101采用玻璃化转变温度为50～100℃的高分子聚合物制成，本实施例中，侧壁101采用聚乳酸（PLA）材料制成，使侧壁101能够在高温条件下融化。当然，侧壁101也可以使用如聚氯乙烯(PVC)、赛璐珞纤维素等其他玻璃化转变温度为50～100℃的高分子聚合物。侧壁101下端部的开口即侧壁101的下开口内套接有底壁102，侧壁101上端部的开口即侧壁101的的上开口内套接有顶壁103，底壁102和顶壁103为多孔的透气圆板结构，这种多孔结构能够疏导由进气通道130和出气通道70中的气体，使气体更为均匀地通过试样，底壁102和顶壁103圆板结构的横截面的大小与侧壁101的内壁相适应，使底壁102和底壁102能够塞进侧壁101的两端，形成用于容纳试样的腔体（为了便于理解，本实施例中的密封包壳10内放置有多级串联试样）。

在密封包壳10的外侧依次套接有与密封包壳10外径相匹配的渗流主缸20和与渗流主缸20外径相匹配的一级加热缸30。一级加热缸30包括管状缸体，缸体采用导热系数λ＞50W/M ▪K的金属材质制成，在缸体内壁上通过一级加热预留道呈螺旋状地设置有一级加热管40，本实施例中的一级加热管40为铜管。渗流主缸20包括套接于一级加热缸30内的管状主缸体，主缸体的下端部沿直径方向向外延伸，形成用于定位一级加热缸30的下凸缘，使一级加热缸30固定于渗流主缸20的下凸缘上，即一级加热缸30通过渗流主缸20套设在密封包壳10外，安装时直接从上部将一级加热缸30套在渗流主缸20上即可。一级加热缸30的设置，能够使密封包壳10的侧壁101预热融化，减少气体沿壁渗流的现象发生，使密封更加彻底。渗流主缸20是渗流现象产生的主要场所，渗流主缸20的设置，能够限制渗流过程中的渗流方向，使渗流沿主缸轴线方向，避免加热后融化的密封包壳10的侧壁101附着在一级加热缸30的内壁，试验完成后，清理渗流主缸20上附着的残留物即可，并且能够限制试样的形变。

为了使密封包壳10的上端密封，在密封包壳10的顶壁103上端设置有圆柱形的上压块50。渗流主缸20和一级加热缸30的高度大于密封包壳10，使套接有渗流主缸20和一级加热缸30的密封包壳10形成内凹结构，上压块50插入在该内凹结构中，使密封包壳10的上端通过上压块50压紧，并在渗流主缸20的内壁上端设置有用于将渗流主缸20与上压块50之间密封的一级密封圈60。为了保证密封效果，一级密封圈60沿渗流主缸20的高度方向设置有两个。为了在试验过程中向密封包壳10中的试样抽气，在上压块50中开设有用于使测试气体流出密封包壳10的出气通道70。本实施例中的上压块50高度大于密封包壳10和渗流主缸20形成的内凹的深度，使上压块50插入内凹结构后仍能够凸出于其表面。因此，本实施例中的出气通道70包括沿竖直方向设置于上压块50底部的竖向通道，和与竖向通道连通的、沿水平方向设置的横向通道，使上压块50中的出气通道70整体呈倒“L”形状。

为了进一步固定渗流主缸20、一级加热缸30和上压块50，在渗流主缸20上方，还设置有圆环形的上盖板80，相应的使上压块50的上半部分直径变窄，在上压块50上形成肩部结构，上盖板80的内径等于上压块50较窄部分的外径，使用时将上盖板80穿过上压块50，并通过螺纹连接依次将上盖板80、一级加热缸30相连，并在上盖板80与一级加热缸30之间设置有二级密封圈90。

为了使密封包壳10的下端密封，在密封包壳10的底壁102下端设置有下压块100，为了将试样两端加以区分，下压块100的结构区别于上压块50。本实施例中，下压块100的直径大于渗流主缸20下凸缘的直径，使下压块100覆盖密封包壳10和渗流主缸20将密封包壳10密封。在下压板110上设置有呈圆周分布的渗流主缸安装孔，每个渗流主缸20的下凸缘均通过渗流主缸安装孔与下压板110螺纹连接，并在渗流主缸20的下凸缘与下压板110之间设置有三级密封圈120。为了在试验过程中向密封包壳10中的试样通气，在下压块100上开设有用于使测试气体进入密封包壳10的进气通道130。本实施例中的进气通道130为开设在下压块100上的、与试样位置相对的通孔。

为了缓解一级加热缸30的热量流失，在一级加热缸30外还套设有二级加热缸140。二级加热缸140包括管状缸体，缸体采用导热系数λ＞50W/M ▪K的金属材质制成，在缸体壁中通过二级加热预留道埋设有二级加热管150，本实施例中的二级加热管150为铜管。进一步的，下压块100的直径等于二级加热缸140的外径，使二级加热缸140通过螺纹连接与下压块100相连（由于图中剖开方向展示了渗流主缸20安装孔，因此二级加热缸140与下压块100的螺纹连接结构在图中未体现）。

为了便于实验过程中气体通过下压块100进入试样，在下压块100的下端固设有固定台基座160。固定台基座160的主体为外径与下压块100直径一直的圆环结构，在主体结构的上端面周向固设有沿水平方向的圆形安装片，安装片上设置有通孔，使固定台基座160通过圆形的安装片与连接下压板110和二级加热缸140的螺纹相连接（由于图中剖开方向展示了渗流主缸安装孔，因此安装片的结构在图中未体现，图中固定台基座160与下压块100之间的缝隙是由于设置安装片而产生的，该缝隙的厚度即为安装片的厚度）。

使用本实施例进行试验主要包括以下步骤：

制备试样：根据试验需要，制备与煤岩体渗流试验装置大小相符的试样，为了便于理解，图1为多级串联试样放置在装置中的示意图，若放置标准试样，则标准试样与多级串联试样的总大小一致。

组装：将试样放置在煤岩体渗流试验装置中，将密封包壳10的顶壁103或底壁102从侧壁101中拆下，将相应的试样分别放入相应的密封包壳10中，再将拆下的顶壁103或底壁102装入侧壁101，使侧壁101完全包裹顶壁103、试样和底壁102，并将煤岩体渗流试验装置进行组装。其中，将煤岩体渗流试验装置进行组装包括以下步骤：

步骤一：通过一级加热预留道将螺旋状的一级加热管40穿入一级加热缸30；

步骤二：将组装好的一级加热缸30套于渗流主缸20外，使一级加热缸30固定于渗流主缸20的下凸缘上；

步骤三：在渗流主缸20的下凸缘上安装三级密封圈120，利用固定螺栓，将渗流主缸20的下凸缘密封固定于下压块100上；

步骤四：通过二级加热管150预留道将二级加热管150穿入二级加热缸140，利用固定螺栓将二级加热缸140安装并固定于下压块100上；

步骤五：将步骤四得到的组件放置于固定台基座160上，并用螺栓将二者的连接固定；

步骤六：将一级密封圈60安装在渗流主缸20的内壁，并在渗流主缸20的内凹结构中插入上压块50；

步骤七：在一级加热缸30上放置二级密封圈90，利用上盖板80密封渗流通道，并用螺栓将上盖板80固定；

步骤八：将试验装置放置于压力机上，利用压力机对上压块50施加压力，使渗流主缸20内的组件紧密接触。

连接：将管路连接在放有试样的进气通道130和出气通道70上，出气管路上设置流量计和压力机，以测定通道的气体运动参数，并将出气管路接入抽气泵；通过进气通道130连接进气管路，并将进气管路接入需要进行试验的气体压力环境中。

加热：将相应的一级加热管40和二级加热管150接入加热电路，控制相应的一级加热缸30、二级加热缸140、渗流主缸20升温至70～90℃，保持30～60min，使密封包壳10的侧壁101融化，从而密闭试样侧壁101的缝隙，关闭加热电路，冷却至室温。本步骤也可在组装后连接前进行。

试验：根据试验设定压力，开启抽气泵进行通气，并读取通道的气体流量、压力参数，渗透完毕后，关闭抽气泵，将试验装置拆分。其中，将煤岩体渗流试验装置进行拆分主要包括以下步骤：

步骤一：拆卸上压块50、上盖板80，利用一级加热管40和二级加热管150控制一级加热缸30和二级加热缸140，将渗流主缸20升温，使密封包壳10的侧壁101软化，并保持其软化状态将试样取出，并清理渗流主缸20上的密封包壳10残留；

步骤二：关闭加热电路，待试样冷却至室温后，依次拆卸固定台基座160、二级加热缸140、一级加热缸30，并拆卸渗流主缸20。

需要注意的是，仅在初次试验时需要将一级加热管40和二级加热管150穿入一级加热缸30和二级加热缸140，一级加热管40和二级加热管150在初次试验后无需拆卸，下次试验时直接使用即可。

本实施例中的一种煤岩体渗流试验装置，不仅能够用于进行气体渗流试验，也可以进行液体渗流试验，适用范围广。

实施例2 煤岩体渗流试验装置

本实施例如图3、图4所示，为一种煤岩体渗流试验装置，本实施例与实施例1的结构大体相同，不同之处在于渗流主缸20和一级加热缸30之间的连接关系。本实施例中渗流主缸20包括套接于一级加热缸30内的管状主缸体，主缸体的上下两个端部均沿直径方向向外延伸，形成用于定位一级加热缸30的上凸缘和下凸缘，使一级加热缸30固定于渗流主缸20的上凸缘和下凸缘之间，即一级加热缸30通过渗流主缸20套设在密封包壳10外，相应的，二级密封圈90设置于上盖板80与渗流主缸20之间。为了便于组装，本实施例中一级加热缸30的管状缸体由两个半圆环状壳体拼接而成。组装时，先将一级加热管40缠绕于渗流主缸20上，再将两个半圆环状壳体拼接扣合在渗流主缸20上。

使用本实施例进行试验的步骤参照实施例1，仅在安装一级加热缸30时按照上述组装方法进行相应的调整即可。

实施例3 煤岩体渗流试验装置

本实施例如图5、图6所示，为一种煤岩体渗流试验装置，本实施例与实施例2中的结构大体相同，不同之处在于一级加热缸30、渗流主缸20、密封包壳10的数量。本实施例中的一级加热缸30设置有四个，相应的，每个一级加热缸30内均设置有渗流主缸20和密封包壳10，即渗流主缸20、密封包壳10也设置有四个。四个一级加热缸30均固设于一个二级加热缸140中。相应的，本实施例中的四个下压块100为一体结构，形成能够覆盖所有密封包壳10底壁102的圆形下压板110，二级加热缸140固设于该下压板110上。

由于设置了多个一级加热缸30、渗流主缸20、密封包壳10，即在试验装置中具有多个试验通道，试验通道的数量可以根据需要进行调整。本实施例中的试验装置可以根据需要进行串联、并联或混联的渗流试验。

其中混联的连接方式指将至少一个多级串联试样和至少一个标准试样并联，可以包括一个多级串联试样和三个标准试样（为了便于理解，本实施例为混联放置在装置中的示意图）。当然，也可以根据需要调整串联试样和标准试样的数量，如在本实施例具有四个试验通道的情况下，可以放置两个多级串联试样和两个标准试样，也可以放置三个多级串联试样和一个标准试样。当然，也可以只利用四个通道中的两个或三个，放置一个多级串联试样和一个标准试样，也可以放置一个多级串联试样和两个标准试样，或其他满足至少一个多级串联试样和至少一个标准试样的放置方式。当试验装置中的通道总数量改变时，操作相同。

并联的连接方式指将至少两个标准试样并联的连接方式，在本实施例具有四个实验通道的情况下，可以设置四个并联的标准试样，也可以只利用四个通道中的两个或三个，放置两个或三个并联的标准试样。当试验装置中的通道总数量改变时，操作相同。当试验装置中的通道总数量改变时，操作相同。

串联的连接方式指将多级串联式样连接在试验装置中的连接方式，可以将多级串联试样放置在任意一个通道中，针对该通道进行试验即可。多级串联试样的组成数量，每个组成部分的厚度可以根据需要进行调整，只需使多级串联试样的总大小与标准试样的大小保持一致，使叠加后的多级串联试样能够与试验装置相匹配即可。当试验装置中的通道总数量改变时，操作相同。

Claims (10)

1.一种煤岩体渗流试验装置，其特征在于：包括用于放置试样的密封包壳，所述密封包壳具有侧壁、底壁和顶壁，所述底壁和顶壁分别连接有用于使测试气体进入密封包壳的进气通道和用于使测试气体流出密封包壳的出气通道，所述侧壁采用玻璃化转变温度为50～100℃的高分子聚合物制成，并在密封包壳外设置有一级加热缸，使密封包壳的侧壁在一级加热缸的作用下融化，将试样的侧壁密封。

2.根据权利要求1所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述一级加热缸包括管状缸体，所述缸体壁中设置有一级加热管。

3.根据权利要求2所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述一级加热缸通过渗流主缸套设在密封包壳外，所述渗流主缸包括套接于一级加热缸内的管状缸体，所述管状缸体靠近地面的端部向外延伸，形成用于定位一级加热缸的下凸缘。

4.根据权利要求3所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述渗流主缸管状缸体的远离地面的端部向外延伸，形成用于定位一级加热缸的上凸缘，使一级加热缸固定于渗流主缸的上凸缘和下凸缘之间，所述一级加热缸的管状缸体由两个半圆环状壳体拼接而成。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述密封包壳的底壁和顶壁为插接于侧壁端部的多孔透气结构，所述底壁和顶壁的大小与侧壁的内壁相匹配。

6.根据权利要求5所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述密封包壳的底壁下端设置有下压块，所述进气通道开设在下压块上；所述密封包壳的顶壁上端设置有上压块，所述出气通道开设在上压块上。

7.根据权利要求6所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述上压块通过上盖板固设于密封包壳的顶壁上。

8.根据权利要求7所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述一级加热缸外套接有二级加热缸，所述二级加热缸包括管状缸体，所述缸体壁中埋设有二级加热管。

9.根据权利要求8所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：所述一级加热缸设置有一个或多个，所述每个一级加热缸内均设置有密封包壳。

10.根据权利要求9所述的煤岩体渗流试验装置，其特征在于：当所述一级加热缸设置有多个时，所述多个一级加热缸均固设于一个二级加热缸中。

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