一种通过液压加压测定煤样孔裂隙的装置及方法与流程

文档序号:11249332阅读:459来源:国知局
一种通过液压加压测定煤样孔裂隙的装置及方法与流程

本发明涉及一种通过液压加压测定煤样孔裂隙的装置及方法,属于煤炭开采技术领域。



背景技术:

目前我国煤炭开采已经进入深部开采阶段,随着开采深度的增加,地质环境愈加复杂,面临着愈加严重的安全问题,特别是地应力对煤炭的影响已经严重威胁到开采生产中的安全。因此,研究应力对煤孔裂隙的影响意义重大。

传统的关于应力对煤孔裂隙影响的研究均采用三轴加载实验装置。该装置所实验的煤样需要进行特制,因此所测得的数据与实际存在着较大的误差,且加载过程中,对煤样施加的应力存在着分布不均,大小方向不易控制的特点。

目前,尚没有一种切实可行的装置能准确的测出应力对煤孔裂隙的影响。因此,急需一种装置能够解决三轴加载中存在的问题,使加载过程中的应力大小、方向易于控制,且不存在不均匀的特点,所得的数据更加准确可靠。



技术实现要素:

本发明旨在提供一种通过液压加压测定煤样孔裂隙的装置及方法,该装置及方法能够简单易行地测出煤样的孔裂隙率,分析出应力变化对孔裂隙的影响,改进以往实验中的不足。

本发明提供了一种通过液压加压测定煤样孔裂隙的装置,包括摄像装置、液压加压装置、试验装置;

试验装置包括钢化玻璃罩、托架、实验台、顶盖;玻璃罩为圆筒形,固定在实验台上方,玻璃罩底部与实验台密封连接,顶部通过顶盖密封;玻璃罩内部中心设有t型托架,煤样放置在该托架上方,玻璃罩上设有刻度线,用于测量试验过程中煤样尺寸的变化,顶盖为倒u型结构,其内凹处固定有密封圈,通过螺钉固定在玻璃罩顶部;

液压加压装置包括液压加压泵、进油管和压力表,液压加压泵和压力表连接,进油管另一端连接玻璃罩底部的进油口,进油口方向平行于托架的水平面,正对煤样底部;进油口处设有密封圈进行密封;液压装置通过进油口的管道给装置内加油加压,液压装置上配备有相应的压力表,压力表对容器内的压力进行读数;

摄像装置为高速摄像机,高速摄像机位于试验装置的刻度正对面,定时对煤样及装置进行拍照,对整个试验过程中煤样的变化进行记录。

所述玻璃罩底部为喇叭形开口,与实验台连接处通过螺钉、密封圈进行密封。玻璃罩通过螺钉固定在实验台上,且底部由密封圈密封,以防加压时容器内油液漏出。

所述刻度线位于t型托架的上方,刻度线包括水平刻度线和竖直刻度线,二者垂直相交于t型托架的中心。

所述煤样通过热缩管密封。

本发明提供的装置,在实验时,由于整个煤样通过热缩管密封,处在油液之中,其所有表面都通过热缩管与油液接触。液压泵对实验装置加压时,煤样受到油液从各个方向施加的压力,且压力处处相等。煤样受压导致孔裂隙发生变化,压力大小可以从压力表测得。

本发明提供了一种通过液压加压测定煤样孔裂隙的方法,包括以下实验步骤:

(1)制备煤样:

①首先对采集来的原始煤块进行加工,切割成规则的尺寸为r=6cm、h=20cm的圆柱状煤样三块;

②用热缩管对煤样进行密封,然后用排水法测出煤样的体积v1;

③将煤样放在托架的正中间,在进油口处连接液压加压装置;

(2)连接试验装置:

①盖上顶盖,拧紧顶盖与玻璃罩之间的螺钉;

②通过油液加压泵,缓慢地向玻璃罩内注满油液;

(3)进行加压试验:

①加压过程:缓慢加压,观察压力表的读数,在10min中使压力表从1mpa逐渐加到100mpa,在加压过程中,高速摄像系统对该过程每间隔10s进行照相记录;

②取下试验后的煤样,同样用排水法测得试验后煤样的体积v2;得出孔隙率;

③安装好待试验的剩下的两组相同煤样,重复上述步骤;

(4)数据分析:

根据高速摄像机读取的数据,得出煤样孔隙率与应力变化的对应关系。

所述方法中,孔隙率通过以下公式计算得出:

φ=(v1-v2)/v1;

式中,φ为孔隙率,v1为初始煤样的体积,v2为试验后煤样的体积。

本发明具有装置结构简单、性能稳定、实验方法操作方便、易行的特点。

附图说明

图1为本发明测定煤样孔裂隙的装置的结构示意图。

图2为煤样一的半径r随时间t的变化曲线图。

图3为煤样一的高度h随时间t的变化曲线图。

图4为煤样一的体积v随时间t的变化曲线图。

图中1为玻璃罩,2为煤样,3为实验台,4为顶盖,5为托架,6为刻度线,7为加压泵,8为进油管,9为压力表,10为密封圈,11为高速摄像机,12为螺钉。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明,但不局限于以下实施例。

图1示出了测定煤样孔裂隙的装置的结构示意图,包括摄像装置、液压加压装置、试验装置;

试验装置包括钢化玻璃罩1、托架5、实验台3、顶盖4;玻璃罩1为圆筒形,固定在实验台3上方,玻璃罩1底部与实验台3密封连接,顶部通过顶盖4密封;玻璃罩1内部中心设有t型托架5,煤样2放置在该托架5上方,玻璃罩1上设有刻度线6,用于测量试验过程中煤样尺寸的变化,顶盖4为倒u型结构,其内凹处固定有密封圈10,通过螺钉固定在玻璃罩顶部;

液压加压装置包括液压加压泵7、进油管8和压力表9,液压加压泵7和压力表9连接,进油管8另一端连接玻璃罩1底部的进油口,进油口方向平行于托架5的水平面,正对煤样底部;进油口处设有密封圈进行密封;液压装置通过进油口的管道给装置内加油加压,液压装置上配备有相应的压力表,压力表对容器内的压力进行读数;

摄像装置为高速摄像机11,高速摄像机11位于试验装置的刻度正对面,定时对煤样及装置进行拍照,对整个试验过程中煤样的变化进行记录。

所述玻璃罩1底部为喇叭形开口,与实验台3连接处通过螺钉12、密封圈10进行密封。玻璃罩1通过螺钉固定在实验台3上,且底部由密封圈密封,以防加压时容器内油液漏出。

所述刻度线6位于t型托架5的上方,刻度线包括水平刻度线和竖直刻度线,二者垂直相交于t型托架的中心。

所述煤样通过热缩管密封。

采用上述装置,通过液压加压测定煤样孔裂隙的方法,包括以下实验步骤:

准备

1,首先对采集来的原始煤块进行加工,切割成规则的尺寸为r=6cmh=20cm的圆柱状煤样三块;

2,用热缩管对煤样进行密封,然后用排水法测出煤样的体积v1;

3,将煤样放在托架的正中间,在进油口处连接上液压加压装置;

4,盖上顶盖,拧紧顶盖与玻璃罩之间的螺丝钉;

3,通过油液加压泵,缓慢的向容器内注入油液,加满玻璃容器。

实验

1,加压过程。缓慢加压,观察压力表的读数,在10min中使压力表从1mpa逐渐加到100mpa,在加压过程中,高速摄像系统对该过程每间隔10s进行照相记录;

2,取下已试验后的煤样,同样用排水法测得试验后煤样的体积v2;

3,安装上待试验的剩下的两组相同煤样,重复上述步骤。

实验结果分析

1,根据照片上的刻度对煤样的半径r、高度h、施加的压力p进行读数,并记录下相应的时刻。每次实验可得60组数据,共进行了三次实验;

2,根据公式φ=(v1-v2)/v1计算出孔隙率;

3,根据r、h计算出此刻煤样的体积v;

4,根据所得的数据算出三组数据同一时刻的r、h、v的平均值做出r/t、h/t、v/t的函数关系图。煤样一的关系图如图2~图4所示。

结果分析;

在加载应力初始阶段,煤样的尺寸随应力的增大变化明显,说明此时煤样的孔裂隙受到应力发生了较明显的收缩形变,随着时间增加,应力逐渐增大,煤样孔裂隙逐渐变小。在加载应力的后阶段,煤样尺寸变化非常细微,最终孔裂隙破坏达到一定程度而不再发生变化。

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