一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置，该装置包括恒温水浴箱和置于恒温水浴箱内的试样罐，其中，连接试样罐上端口的管路分为两个支路，其中一个支路顺次连接真空计、第一阀门和真空泵；另一个支路通过三通阀分别连接测量装置和氦气供给装置；所述测量装置由带有刻度的筒体和位于筒体内、并与筒体内壁配合滑动连接的活塞组成，所述氦气供给装置由气压表、减压阀、第二阀门和氦气瓶组成。本实用新型装置结构简单、操作方便、试验精度高，可用于：1）精确测量特定温度条件下煤岩试样的孔隙率；2）测定外部温度变化后煤岩试样的孔隙率变化规律。
【专利说明】一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置，该装置适用于煤炭资源安全开采、煤层气开发、岩土工程、水利水电等领域实验室测定煤岩孔隙率，并可以研究煤岩孔隙率随温度变化的规律。
【背景技术】
[0002]煤岩介质是一种多孔介质,拥有十分发达的孔隙系统。煤岩的孔隙大小及其分布情况决定着煤岩的吸附能力、渗透特性和物理力学特征等。煤矿井下开采、水电工程、岩土工程等地下工程的环境温度对煤岩的孔隙率具有重要的影响，因此测定煤岩孔隙率随温度变化的规律对于防治煤矿瓦斯动力灾害、合理设计岩土工程参数等具有非常重要的实际意义和应用价值。
[0003]煤岩孔隙率指的是煤岩内部孔隙体积与煤岩总体积之比。目前国内研究方法有:压汞法、液氮吸附法、真假密度测量法，排水法等，这些方法与其相应的装置在一定程度上推进了煤岩孔隙的研究，但也存在着一些不足:
[0004]I)采用压汞法测孔隙率时，高压会破坏煤体本身的结构，煤颗粒产生明显的压缩，不适合中孔微孔的测量。此外汞蒸气对人体的健康和环境也有一定危害。
[0005]2)煤渗透性较差，采用蒸馏水进行测量时，低渗煤岩很难饱和进蒸馏水，误差较大。
[0006]3)传统的真假密度法测量，需要将煤岩研磨成粉末，被测试的煤岩试样不能再用于其它诸如力学性质的测定了，也存在较大的局限性。
[0007]4)以往的煤岩孔隙率测量装置未考虑温度影响，尽管有很多关于煤岩孔隙率随温度变化的间接计算公式，但都没有实测出来，反映不了煤岩孔隙率随温度的真实变化规律。
实用新型内容
[0008]本实用新型目的在于克服现有技术缺陷，提供一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置。
[0009]为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0010]一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置，该装置包括恒温水浴箱和置于恒温水浴箱内的试样罐，其中，连接试样罐上端口的管路分为两个支路，其中一个支路顺次连接真空计、第一阀门和真空泵；另一个支路通过三通阀分别连接测量装置和氦气供给装置；所述测量装置由带有刻度的筒体和位于筒体内、并与筒体内壁配合滑动连接的活塞组成，所述氦气供给装置由气压表、减压阀、第二阀门和氦气瓶组成。
[0011]具体的，所述氦气供给装置由顺次连接的气压表、减压阀、第二阀门和氦气瓶组成。所述筒体的一端开口用以放置与其配合滑动连接的活塞，另一端设有用以连接管路的孔。
[0012]恒温水浴箱属于温控装置，主要用以准确控制试样罐的温度，这样更利于准确研究和判断在不同温度条件下煤岩试样孔隙率的变化规律。
[0013]和现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0014]本实用新型装置结构简单、操作方便、试验精度高，可用于测定煤岩试样孔隙率及其随温度变化的情况。该装置可以用于:1)精确测量特定温度条件下煤岩试样的孔隙率；2)测定外部温度变化后煤岩试样的孔隙率变化规律。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型所述装置的结构示意图，图中，I为真空泵；2为第一阀门；3为第二阀门；4为筒体；5为活塞；6为三通阀；7为气压表；8为减压阀；9为真空计；10为氦气瓶；11为恒温水浴箱；12为试样罐；13为煤岩试样。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型的保护范围不限于此。
[0017]如图1所示，一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置，该装置包括恒温水浴箱11和置于恒温水浴箱11内的试样罐12，其中，连接试样罐12上端口的管路分为两个支路，其中一个支路顺次连接真空计9、第一阀门2和真空泵I ;另一个支路通过三通阀6分别连接测量装置和氦气供给装置；所述测量装置由带有刻度的筒体4和位于筒体4内、并与筒体4内壁配合滑动连接的活塞5组成，所述氦气供给装置由顺次连接的气压表
7、减压阀8、第二阀门3和氦气瓶10组成。
[0018]本实用新型的温控装置为一恒温水浴缸11，恒温水浴缸11可以模拟环境温度，根据不同温度下测定的孔隙率，可以得到煤岩试样孔隙率随温度的变化规律。
[0019]本实用新型的抽真空装置主要由顺次连接的真空泵1、第一阀门2和真空计9及相应的管路组成。打开第一阀门2和真空泵I对放有煤岩试样13的试样罐12进行抽真空，通过真空计9观察抽真空情况；对煤岩试样抽真空的时间不少于12h，达到试验要求的真空度后，随即关闭第一阀门2。
[0020]本实用新型的氦气供给装置主要由顺次连接的气压表7、减压阀8、第一阀门3和氦气瓶10及相应的管路组成。在对试样罐12抽真空以后，将三通阀6与氦气瓶10的回路相连通，打开第二阀门3和减压阀8往试样罐12中充入氦气；待氦气充满试样罐12且气压表7的读数稳定后，关闭第二阀门3。
[0021]本实用新型的测量装置由带有刻度的筒体4和活塞5组成。首先向筒体4中注入氦气,对试样罐12抽真空以后，通过三通阀6将筒体4与试样罐12连通，利用试样罐12内的负压，氦气自动注满试样罐12。
[0022]以20°C和60°C的环境温度为例，煤岩试样孔隙率随温度变化测定的具体实施过程如下:
[0023]I)先对试验装置进行气密性检查，确保试验系统不漏气。打开第二阀门3，将三通阀6打开连接试样罐12的回路,关闭第一阀门2,通过氦气瓶10向试样罐12中注入一定量的氦气，查看气压表7的读数。如果注气后一段时间内气压表7的读数没有变化，则说明试验系统的气密性良好。
[0024]2)取一个标准煤岩试样(具体尺寸为Φ50Χ 100mm),利用游标卡尺量取煤岩试样在20°C环境下的直径和高度，便可计算得出煤岩试样的总体积4。
[0025]3)向恒温水浴箱11内注入水并把温度调至20°C，然后将试样罐12没于恒温水浴箱11中，打开第一阀门2，在试样罐12不装煤岩试样13的条件下，利用真空泵I对试样罐12抽真空，通过真空计9观察抽真空情况，试样罐12抽真空完成后，关闭第一阀门2。
[0026]4)打开第二阀门3，将三通阀6与筒体4所在管路连接，利用减压阀8使筒体4内充满氦气，然后关闭第二阀门3，记下此时活塞5所在位置对应筒体4上的读数a。
[0027]5)将三通阀6连接到试样罐12所在的回路上，此时试样罐12已被抽真空，由于负压原因，筒体4中的氦气被自动吸入试样罐12中,待氦气彻底充满试样罐12,亦即活塞5的读数稳定后，记下活塞5位置所对应的筒体4上的读数b。由此，可计算得到试样罐12、
试样罐12至阀门2之间管路和试样罐12至三通阀6之间管路的体积之和为％ =a-b。
[0028]6)如果试样罐12中装有一个煤岩试样13,体f口 ,中除去煤岩试样13的总体积i之后，余下的死空间体积为K = - K,。
[0029]7)将煤岩试样13装入试样罐12，打开第一阀门2，打开真空泵I对装有煤岩试样13的试样罐12抽真空，通过真空计9观察试样罐12抽真空情况，待试样罐12抽真空以完成之后，关闭第一阀门2。
[0030]8)打开第二阀门3，将三通阀6与筒体4所在回路连接，利用减压阀8使筒体4内充满氦气，然后关闭第二阀门3，记下此时活塞5所在位置对应筒体4上的读数C。
[0031]9)将三通阀6连接到试样罐12所在的回路上，此时试样罐12已被抽真空，由于负压原因，筒体4中的氦气被吸入试样罐12中,待氦气彻底充满试样罐12及煤岩试样13的孔隙中之后，记下活塞5位置所对应的筒体4上的读数d。由此，可以得到煤岩试样13内部的孔隙体积)和死空间体积(K)之和K = + h =c-d。
[0032]10)根据上述步骤便可以得到煤岩试样13在20°C条件下的孔隙体积为Fiw = K
Vm m V -(Vn- V ')
-Vs=Fc - (F0 - >a)，因此煤岩试样13在20°C条件下的孔隙率为禹忙= c ; m 。
mm
[0033]11)同理，根据上述I)?10)步骤也可以得到煤岩试样13在60°C条件下的孔隙率。通过调节恒温水浴箱11的温度，当外部环境温度由20°C升到60°C时，煤岩试样13
的孔隙率变化量为Δ#= H。因此也就可以采用相同的方法得到其他温度条件下的煤岩孔隙率，通过处理后便可以得到煤岩孔隙率随温度的变化规律。
[0034]最后所应说明的是:上述实施例仅用于说明而非限制本实用新型的技术方案，任何对本实用新型进行的等同替换及不脱离本实用新型精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型权利要求保护的范围之内。
【权利要求】
1.一种用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置，其特征在于，包括恒温水浴箱和置于恒温水浴箱内的试样罐，其中，连接试样罐上端口的管路分为两个支路，其中一个支路顺次连接真空计、第一阀门和真空泵；另一个支路通过三通阀分别连接测量装置和氦气供给装置；所述测量装置由带有刻度的筒体和位于筒体内、并与筒体内壁配合滑动连接的活塞组成，所述氦气供给装置由气压表、减压阀、第二阀门和氦气瓶组成。
2.如权利要求1所述用于测定温度变化条件下煤岩试样孔隙率的装置，其特征在于所述氦气供给装置由顺次连接的气压表、减压阀、第二阀门和氦气瓶组成。
【文档编号】G01N15/08GK204008401SQ201420440585
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】王登科, 彭明, 付启超, 李明助, 夏玉玲, 王洪磊 申请人:河南理工大学