復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置，其特征在于包括密封加載盒、滲透試件、加載裝置、油壓密封系統、瓦斯供應系統和氣體平衡系統。本發明通過加載裝置對滲透試件加載，使其達到預定的受力狀態；在油壓密封系統的輔助下，矩形框架、傳力柱、側擋板和滲透試件的外側面構成第一壓力腔，側擋板和滲透試件的內側面構成第二壓力腔；在瓦斯壓力差作用下，第一壓力腔中的瓦斯逐漸向第二壓力腔滲透，從而研究瓦斯在孔洞周圍的滲透規律。本發明可以使煤巖體處于類似現場條件的受力狀態，可以考慮孔洞周圍煤巖體破碎情況對滲透規律的影響，對于復雜條件下巷道周圍煤巖體中瓦斯的滲透、吸附、析解規律的研究具有重要意義。
【專利說明】復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及煤礦開采過程中瓦斯在煤層中滲透規律的研究，尤其涉及一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置。
【背景技術】
[0002]煤巖體的應力、應變狀態以及裂隙發育規律對其滲透性有非常顯著的影響。比如，在煤層巷道開掘后，原始的應力應變狀態被打破，開挖空間周圍產生明顯的應力集中。圍巖應力集中既會使一部分原有裂隙閉合，又會誘發產生更多新的裂隙，新裂隙不斷擴展會使煤體更加破碎，在巷道周圍形成松動圈。在松動圈的影響下，巷道周圍煤體中的瓦斯大量溢出，極易造成巷道瓦斯超標，引發瓦斯爆炸事故。
[0003]由于巷道周圍瓦斯滲透溢出規律的復雜性，在工程設計階段無法進行大量的現場試驗和測試，有必要通過系統模擬實驗對煤體強度和滲透性、瓦斯壓力、圍巖壓力和開挖尺寸等因素進行深入的研究，定量分析各因素的影響規律。
[0004]目前還沒有專門用于研究巷道周圍煤體瓦斯滲透規律的實驗裝置，而常規的瓦斯滲透率測試裝置，無論是三軸還是單軸，都是將試件加工成圓柱形或立方體形，通過加載使其處于均一的應力狀態下，進而測試其滲透率，只能模擬均勻應力場，均未能考慮巷道開挖導致的應力集中以及圍巖破碎等復雜因素對滲透規律的影響。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置。
[0006]為實現上述目的，本發明采用下述技術方案:
一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置，其特征在于包括密封加載盒、滲透試件、加載裝置、油壓密封系統、瓦斯供應系統和氣體平衡系統；
所述的密封加載盒，主要包括矩形框架、傳力柱、加載墊塊和側擋板；所述的矩形框架，每個側面都留有一個圓形孔，圓形孔表面設有橡膠密封墊；所述的傳力柱穿過圓形孔，與圓形孔緊密接觸，既保證傳力柱和矩形框架可以發生相對運動，又防止氣體溢出；所述的加載墊塊，與試件接觸的表面設有縱橫交叉的導氣槽；所述的側擋板，包括第一側擋板和第二側擋板，分別固定在矩形框架的前后兩側，其內表面與煤樣試件接觸，每個側擋板內表面預留兩條矩形槽，用于容置密封圈，并在側擋板上預留密封圈注液口，在第二側擋板上還設置有瓦斯注入孔和氣體出孔；
所述滲透試件，為長方體結構，并在中心位置設有類似巷道形狀的貫穿孔洞，滲透試件前后側面涂有704硅橡膠以保證其氣密性，704硅橡膠外側還涂有潤滑材料以減小滲透試件變形過程中與側擋板之間的摩擦力；
所述的油壓密封系統，包括密封圈、手動油壓泵、供油管路和壓力表；密封圈為中空體，中空體內可以注入傳遞壓力的液態物質，密封圈通過聚氨酯橡膠澆筑模壓成型，安裝在側擋板內表面預留的矩形槽中，根據壓力表讀數，通過手動油壓泵對密封圈加壓；
所述的加載裝置，包括框架反力梁、加載油缸、液壓泵站和高壓油管；加載油缸固定在框架反力梁上，通過密封加載盒的傳力柱和加載墊塊給滲透試件施加壓力，液壓泵站和高壓油管的作用是為加載油缸供油；
所述的瓦斯供應系統，包括瓦斯供應罐、第一高壓管、第一閥門、氣體壓力泵、第二高壓管、第二閥門、第一壓力表、第一流量計；瓦斯供應罐和氣體壓力泵通過第一高壓管連接，并在第一高壓管上設有第一閥門；氣體壓力泵和圓柱體結構上的瓦斯注入孔通過第二高壓管相連，并在第二高壓管上設有第二閥門、第一壓力表和第一流量計；
所述的氣體平衡系統，包括第一出氣管、第二流量計、第二壓力表、第三閥門、真空泵、第二出氣管、第四閥門、氣體儲存罐；密封加載盒側擋板上的氣體出孔與真空泵通過第一出氣管連接，并在第一出氣管上設有第二流量計、第二壓力表、第三閥門；真空泵和氣體儲存罐通過第二出氣管相連，并在第二出氣管上設有第四閥門。
[0007]為了更方便的進行實驗和數據分析，本發明還可以包括測量控制系統；所述的測量控制系統，主要包括計算機、主控箱、數據采集儀；計算機通過USB接口與主控箱相連，主控箱通過導線與數據采集儀、豎向加載裝置、氣體壓力泵和真空泵相連，數據采集儀通過導線第一壓力表、第一流量計、第二壓力表和第二流量計相連。
[0008]本發明的原理和優點是:
本發明通過加載裝置對滲透試件加載，使其達到預定的受力狀態；在油壓密封系統的輔助下，矩形框架、傳力柱、側擋板和滲透試件的外側面構成第一壓力腔，側擋板和滲透試件的內側面構成第二壓力腔；在瓦斯壓力差作用下，第一壓力腔中的瓦斯逐漸向第二壓力腔滲透，從而研究瓦斯在圓形孔洞周圍的滲透規律。
[0009]本發明所述的密封加載盒通過內部施加壓力，外部構造形成密封腔的方法，結合油壓密封系統解決了運動加載過程中密封困難的問題；本發明可以使煤巖體處于類似現場條件的受力狀態，可以考慮孔洞周圍煤巖體破碎情況對滲透規律的影響；本發明還具有結構簡單，試驗成本低的特點，對于復雜條件下巷道周圍煤巖體中瓦斯的滲透、吸附、析解規律的研究具有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步說明:
圖1為本發明的力學原理圖；
圖2為本發明的主體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]結合附圖1和2，一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置，其特征在于包括密封加載盒、滲透試件、加載裝置、油壓密封系統、瓦斯供應系統、氣體平衡系統和測量控制系統。
[0012]所述的密封加載盒，主要包括矩形框架1、傳力柱2、加載墊塊3和側擋板4 ;所述的矩形框架1，每個側面都留有一個圓形孔，圓形孔表面設有橡膠密封墊；所述的傳力柱2穿過圓形孔，與圓形孔緊密接觸，既保證傳力柱和矩形框架可以發生相對運動，又防止氣體溢出；所述的加載墊塊3，與試件接觸的表面設有縱橫交叉的導氣槽；所述的側擋板4，包括第一側擋板和第二側擋板，分別固定在矩形框架的前后兩側，其內表面與煤樣試件接觸，每個側擋板內表面預留兩條矩形槽4a，用于容置密封圈，并在側擋板上預留密封圈注液口，在第二側擋板上還設置有瓦斯注入孔4b和氣體出孔4c。
[0013]所述滲透試件5，為長方體結構，并在中心位置設有類似巷道形狀的貫穿孔洞，孔洞范圍小于較小矩形槽的范圍，滲透試件前后側面涂有704硅橡膠以保證其氣密性，704硅橡膠外側還涂有潤滑材料以減小滲透試件變形過程中與側擋板之間的摩擦力。
[0014]所述的油壓密封系統，包括密封圈、手動油壓泵、供油管路和壓力表；密封圈為中空體，中空體內可以注入傳遞壓力的液態物質，密封圈通過聚氨酯橡膠澆筑模壓成型，安裝在側擋板內表面預留的矩形槽中，根據壓力表讀數，通過手動油壓泵對密封圈加壓。
[0015]所述的加載裝置，包括框架反力梁6、加載油缸7、液壓泵站和高壓油管；加載油缸6固定在框架反力梁上，通過密封加載盒的傳力柱2和加載墊塊3給滲透試件5施加壓力，液壓泵站和高壓油管的作用是為加載油缸供油。
[0016]所述的瓦斯供應系統，包括瓦斯供應罐、第一高壓管、第一閥門、氣體壓力泵、第二高壓管、第二閥門、第一壓力表、第一流量計；瓦斯供應罐和氣體壓力泵通過第一高壓管連接，并在第一高壓管上設有第一閥門；氣體壓力泵和圓柱體結構上的瓦斯注入孔通過第二高壓管相連，并在第二高壓管上設有第二閥門、第一壓力表和第一流量計。
[0017]所述的氣體平衡系統，包括第一出氣管、第二流量計、第二壓力表、第三閥門、真空泵、第二出氣管、第四閥門、氣體儲存罐；密封加載盒側擋板上的氣體出孔與真空泵通過第一出氣管連接，并在第一出氣管上設有第二流量計、第二壓力表、第三閥門；真空泵和氣體儲存罐通過第二出氣管相連，并在第二出氣管上設有第四閥門。
[0018]所述的測量控制系統，主要包括計算機、主控箱、數據采集儀；計算機通過USB接口與主控箱相連，主控箱通過導線與數據采集儀、豎向加載裝置、氣體壓力泵和真空泵相連，數據采集儀通過導線第一壓力表、第一流量計、第二壓力表和第二流量計相連。
[0019]以上所述實施例，只是本發明較優選的具體的實施方式的一種，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。
【權利要求】
1.一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置，其特征在于:包括密封加載盒、滲透試件、加載裝置、油壓密封系統、瓦斯供應系統和氣體平衡系統； 所述的密封加載盒，主要包括矩形框架、傳力柱、加載墊塊和側擋板；所述的矩形框架，每個側面都留有一個圓形孔，圓形孔表面設有橡膠密封墊；所述的傳力柱穿過圓形孔，與圓形孔緊密接觸；所述的加載墊塊，與試件接觸的表面設有縱橫交叉的導氣槽；所述的側擋板，包括第一側擋板和第二側擋板，分別固定在矩形框架的前后兩側，每個側擋板內表面預留兩條矩形槽，在第二側擋板上還設置有瓦斯注入孔和氣體出孔； 所述滲透試件，為長方體結構，并在中心位置設有類似巷道形狀的貫穿孔洞，滲透試件前后側面涂有704硅橡膠，704硅橡膠外側還涂有潤滑材料； 所述的油壓密封系統，包括密封圈、手動油壓泵、供油管路和壓力表；密封圈為中空體，中空體內可以注入傳遞壓力的液態物質，安裝在側擋板內表面預留的矩形槽中； 所述的加載裝置，包括框架反力梁、加載油缸、液壓泵站和高壓油管；加載油缸固定在框架反力梁上，通過密封加載盒的傳力柱和加載墊塊給滲透試件施加壓力，液壓泵站和高壓油管的作用是為加載油缸供油； 所述的瓦斯供應系統，包括瓦斯供應罐、第一高壓管、第一閥門、氣體壓力泵、第二高壓管、第二閥門、第一壓力表、第一流量計；瓦斯供應罐和氣體壓力泵通過第一高壓管連接，并在第一高壓管上設有第一閥門；氣體壓力泵和圓柱體結構上的瓦斯注入孔通過第二高壓管相連，并在第二高壓管上設有第二閥門、第一壓力表和第一流量計； 所述的氣體平衡系統，包括第一出氣管、第二流量計、第二壓力表、第三閥門、真空泵、第二出氣管、第四閥門、氣體儲存罐；密封加載盒側擋板上的氣體出孔與真空泵通過第一出氣管連接，并在第一出氣管上設有第二流量計、第二壓力表、第三閥門；真空泵和氣體儲存罐通過第二出氣管相連，并在第二出氣管上設有第四閥門。
2.根據權利要求1所述的一種復雜條件下瓦斯滲透實驗裝置，其特征在于包括測量控制系統；所述的測量控制系統，主要包括計算機、主控箱、數據采集儀；計算機通過USB接口與主控箱相連，主控箱通過導線與數據采集儀、豎向加載裝置、氣體壓力泵和真空泵相連，數據采集儀通過導線第一壓力表、第一流量計、第二壓力表和第二流量計相連。
【文檔編號】G01N15/08GK103471975SQ201310425725
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】王剛, 吳學震, 蔣宇靜 申請人:山東科技大學