一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置的制作方法

本实用新型涉及煤岩蠕变渗流技术领域，尤其涉及一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置。

背景技术：

煤炭埋藏于地层深部，是一种典型的孔隙-裂隙双重介质，与其伴生的瓦斯以吸附态、游离态赋存于其中。瓦斯在煤层中的流动包括瓦斯气体的吸附、解吸、扩散和渗流等过程，是一个非常复杂的运移过程。含瓦斯煤的渗透率是反映瓦斯气体在煤层中渗流难易程度的重要指标，标志着煤层瓦斯抽采难易程度的关键参数。随着煤矿进入深部开采，煤层将进入高地应力、高渗透压力和高地温的恶劣环境，在外部载荷作用下具有很强的蠕变特性。煤层瓦斯在运移过程中受到蠕变变形的影响，同时蠕变变形反过来也会影响煤层瓦斯的流动，这就是所谓的蠕变-渗流耦合效应。正是这种效应使得煤层瓦斯抽采钻孔周围的瓦斯流动变得更加复杂，研究受载状态下含瓦斯煤岩的蠕变渗流特性，是揭示煤矿井下开采煤岩动力现象的重要组成部分,也为预防和治理井下煤岩动力灾害提供理论基础和研究手段,对减少煤矿开采过程中的人员伤亡和财产损失,保障井下生产正常运行有着十分重要的意义。现有的煤岩三轴蠕变渗流试验系统结构复杂，精度欠缺，密封性差，不便于操作。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的结构复杂、精度不佳的问题，本实用新型提供了一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置。

一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置，包括三轴压力室、伺服加载装置、渗流装置、变形测试装置、温度控制装置和控制中心；所述三轴压力室包括上座、下座和螺栓，上座和下座之间设有密封垫圈，并通过螺栓连接固定；伺服加载装置包括压力传感器、压头、增压缸、滚珠丝杠、轴承、同步带、减速机、伺服电机，所述压头设置于增压缸下端，所述压力传感器设置于压头下端，所述滚珠丝杠固定设置于增压缸内，滚珠丝杠、轴承、同步带、减速机、伺服电机依次连接；伺服加载装置还包括液缸、进排液孔、截止阀、液泵、液箱，所述液缸位于三轴压力室内的下部分，所述液箱经过液泵和截止阀连接到进排液孔，并通入到液缸内；变形测试装置包括热缩管套、金属箍，所述热缩管套在煤岩外部，热缩管套的两端由金属箍固定；渗流装置包括甲烷储罐、减压阀、气压表、截止阀、进气管、出气管、气体流量计和集气罐，所述甲烷储罐的出气端设有开关，进气管上依次设有减压阀、气压表和截止阀，并通入上座内，出气管接入气体流量计、集气罐；温度控制装置包括设置于三轴压力室内壁的加热器、冷却器和温度传感器；控制中心分别与压力传感器、伺服电机、液泵、截止阀、减压阀、截止阀、气体流量计无线连接。

在本实用新型一优选实施例中，所述滚珠丝杠的行程≥150mm，所述滚珠丝杠上还设有位移传感器，所述位移传感器与控制中心连接。

在本实用新型一优选实施例中，所述位移传感器的测量范围为0-150mm，测量精度≤±0.5％，测量分辨率≤0.002mm。

在本实用新型一优选实施例中，所述热缩套管上设有引伸计，所述引伸计与控制中心连接，所述引伸计的测控范围为轴向0-15mm，径向0-7mm。

在本实用新型一优选实施例中，所述引伸计的测量分辨率为轴向0.5μm，径向0.2μm，引伸计的变形测量精度≤±0.5％。

在本实用新型一优选实施例中，所述伺服加载装置的最大试验力为500kn，控制精度为±1％，所述压力传感器的分辨率≤2.5n。

在本实用新型一优选实施例中，所述伺服加载装置加载速度范围为0.01-100mm/min。

在本实用新型一优选实施例中，所述伺服电机为闭环控制。

在本实用新型一优选实施例中，所述煤岩与热缩管套之间使用卡夫特密封胶进行密封，并用金属箍对热缩管套两端加固。

在本实用新型一优选实施例中，所述液箱内的液体为水或化学溶液。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本申请通过采用伺服电机和控制中心，通过同步带、减速机、滚珠丝杠机构驱动增压缸，实现对煤岩的加压，利用滚珠丝杠的精确性来提高试验精度；

(2)本申请加入了温度控制装置，可以控制试验在指定的高温或者低温条件下进行，保证了温度的稳定性，扩大了试验范围；

(3)本申请考虑到煤岩在实际开采过程中水渗透或者化学溶液对煤岩的影响，加入了液箱、液泵等水或者化学溶液测试装置，增加了试验功能，有利于实际开采的研究。

附图说明

图1是本申请一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置一优选实施例的结构示意图；

图中，11-上座，12-下座，13-螺栓，21-压力传感器，22-压头，23-增压缸，24-滚珠丝杠，25-轴承，26-同步带，27-减速机，28-伺服电机，31-液缸，32-进排液孔，33-截止阀，34-液泵，35-液箱，41-热缩管套，51-甲烷储罐，52-减压阀，53-气压表，54-截止阀，55-进气管，56-出气管，57-气体流量计，58-集气罐。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参看图1，是本申请一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置一优选实施例的结构示意图，一种煤岩三轴蠕变-渗流试验装置，包括三轴压力室、伺服加载装置、渗流装置、变形测试装置、温度控制装置和控制中心；所述三轴压力室包括上座11、下座12和螺栓13，上座11和下座12之间设有密封垫圈，并通过螺栓13连接固定；伺服加载装置包括压力传感器21、压头22、增压缸23、滚珠丝杠24、轴承25、同步带26、减速机27、伺服电机28，所述压头22设置于增压缸23下端，所述压力传感器21设置于压头22下端，所述滚珠丝杠24固定设置于增压缸23内，滚珠丝杠24、轴承25、同步带26、减速机27、伺服电机28依次连接；伺服加载装置还包括液缸31、进排液孔32、截止阀33、液泵34、液箱35，所述液缸31位于三轴压力室内的下部分，所述液箱35经过液泵34和截止阀33连接到进排液孔32，并通入到液缸31内；变形测试装置包括热缩管套41、金属箍，所述热缩管套41在煤岩外部，热缩管套41的两端由金属箍固定；渗流装置包括甲烷储罐51、减压阀52、气压表53、截止阀54、进气管55、出气管56、气体流量计57和集气罐58，所述甲烷储罐51的出气端设有开关，进气管54上依次设有减压阀52、气压表53和截止阀55，并通入上座11内，出气管56接入气体流量计57、集气罐58；温度控制装置包括设置于三轴压力室内壁的加热器、冷却器和温度传感器；控制中心分别与压力传感器21、伺服电机28、液泵34、截止阀33、减压阀52、截止阀54、气体流量计57无线连接。

在本实施例中，所述滚珠丝杠24的行程≥150mm，所述滚珠丝杠24上还设有位移传感器，所述位移传感器与控制中心连接。

在本实施例中，所述位移传感器的测量范围为0-150mm，测量精度≤±0.5％，测量分辨率≤0.002mm。

在本实施例中，所述热缩套管41上设有引伸计，所述引伸计与控制中心连接，所述引伸计的测控范围为轴向0-15mm，径向0-7mm。

在本实施例中，所述引伸计的测量分辨率为轴向0.5μm，径向0.2μm，引伸计的变形测量精度≤±0.5％。

在本实施例中，所述伺服加载装置的最大试验力为500kn，控制精度为±1％，所述压力传感器21的分辨率≤2.5n。

在本实施例中，所述伺服加载装置加载速度范围为0.01-100mm/min。

在本实施例中，所述伺服电机28为闭环控制。

在本实施例中，所述煤岩与热缩管套41之间使用卡夫特密封胶进行密封，并用金属箍对热缩管套41两端加固。

在本实施例中，所述液箱35内的液体为水或化学溶液。

本申请通过采用伺服电机和控制中心，通过同步带、减速机、滚珠丝杠机构驱动增压缸，实现对煤岩的加压，利用滚珠丝杠的精确性来提高试验精度；加入了温度控制装置，可以控制试验在指定的高温或者低温条件下进行，保证了温度的稳定性，扩大了试验范围；本申请还考虑到煤岩在实际开采过程中水渗透或者化学溶液对煤岩的影响，加入了液箱、液泵等水或者化学溶液测试装置，增加了试验功能，有利于实际开采的研究。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。