基于瓦斯气的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置及其实验方法_2

文档序号:9303298阅读:来源:国知局
塞杆的施力,与试件实际受力,二者之间的数值差大幅减小(甚至可以说是,可忽略不计);尤其重要的是,再一方面,这种特殊结构形式的橡胶托盘,可以保证左右两侧实验盒组装成一体时,在两个实验盒相互贴合的这一接触面的气体/液体的良好的密封性。
[0048]而且,由于(在)“两个支架组合件中,位于右侧的那个支架,其两根方形柱各自朝内一侧的表面上,均分别焊接有一纵向卡槽,所述纵向卡槽内插入有一条形插块,所述条形插块与所述纵向卡槽成可滑动连接”。这一技术手段的采用,使得右侧实验盒在第一液压缸的活塞杆垂直向下的施力作用下,右侧实验盒与支架组合件的边框之间的摩擦阻力大幅减小。
[0049]进一步地,上述技术方案中,“(从右侧向试件施加挤压力的)第三液压缸的活塞杆的工作端固定连接有第二长方体状压块;第二长方体状压块的外侧表面上开设有第一卡槽,并通过第一卡槽与表面设置有凸棱的第三长方体状压块形成可滑动连接”,这一技术手段的采用,使得当试件在第一活塞缸的活塞杆向下挤压,试件发生剪切变形、断裂、错位,试件的右半部分产生向下的移动趋势或者位移时,由于,直接与试件接触的第三长方体状压块可以在试件与第三长方体状压块之间摩擦力的带动下,同步地产生向下的移动趋势或者位移。即,在试件处于初始的基准位置、向下运动偏离基准位置,整个运动过程中,第三液压缸的活塞杆从右至左方向上的挤压力始终能够保持一致,不会出现任何的卡阻或失效,进而影响实验结果的失真。
[0050]上述一系列技术手段的组合采用,使得各施力与受力运动执行机构相互协调、相互配合一致,成为一个有机的统一整体,进一步有效地保证了实验结果的真实性和准确性。
[0051]进一步优选,上述间隙为30mm以上。
[0052]该优选技术方案直接带来的技术效果是,通常,所采用的原煤(岩)或型煤标准试件的外形尺寸为200X 100X 100mm,实践经验证明,当试件因剪切破坏时,右侧实验盒向下的相对位移量均小于30mm。因此,将上述间隙选择为30mm,在结构上更加紧凑、合理。
[0053]进一步优选,上述第一液压油缸的活塞杆与筒盖之间采用孔用格莱圈密封;
[0054]所述第二液压缸和第三液压缸的活塞杆与所述承压缸筒左右侧壁之间均采用孔用格莱圈密封。
[0055]该优选技术方案直接带来的技术效果是,这样,可以确保承压缸筒这一带压密闭容器工作状态稳定、可靠。
[0056]进一步优选,上述橡胶托盘的材质为IIR 丁基橡胶。
[0057]该优选技术方案直接带来的技术效果是,将橡胶托盘的材质优选为IIR 丁基橡胶,主要考虑的是,IIR 丁基橡胶具有良好的化学稳定性和热稳定性,优异的气密性和水密性,且耐油性好,特别适于其具体使用工况。
[0058]进一步优选,上述橡胶托盘的厚度为1mm以上。
[0059]该优选技术方案直接带来的技术效果是,经验表明,橡胶托盘的厚度为1mm以上,可保证其自身具有一定的、便于实验操作的强度;并且,厚度为1mm以上,可保证其不易破损,具有良好的使用寿命。
[0060]本发明的目的之二是,提供一种上述基于瓦斯气的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置的实验方法
[0061]本发明为实现该目的所采用的技术方案是,一种基于瓦斯气的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:
[0062]第一步,实验准备:
[0063]根据实验要求,预先制备出长方体形状的原煤(岩)或型煤标准试件,入干燥箱,在80°C条件下,干燥24小时,取出并用保鲜膜包裹好,冷却至室温,备用;
[0064]实验开始时,先启动各液压缸并将其各自的活塞杆回缩,然后打开承压缸筒的筒盖;同时,将两个橡胶托盘与两个实验盒分别组装好;
[0065]随后,去除试件上的保鲜膜,在试件的前、后、左、右的四个壁面上分别均匀涂抹一层厚约0.5mm的704娃胶;
[0066]待硅胶凝结后,将试件放置在两个橡胶托盘的盒子部位共同围成的六面体形状的空腔内,并通过支架组合件将整个试件盛放装置组装到位,放入承压缸筒内的底部中心位置;
[0067]第二步,接通电源,操作第二液压缸的活塞杆和第三液压缸的活塞杆同步伸出,直至其各自端面与真三轴实验盒相接触,完成对真三轴实验盒的限位;
[0068]启动监测设备,同时读取、存储以下各仪表的初始数值:分别安装在第一、第三、第四长方体压块以及真三轴压力室筒盖上的压力传感器,分别安装在第一、第二和第三液压缸活塞杆上的LVDT位移传感器,安装在真三轴压力室内壁上的温度传感器,以及安装在真三轴实验盒瓦斯排气管口的外接管路上的D07-11CM型气体质量流量计或者DMF-1系列液体质量流量计;
[0069]第三步,实验步骤:
[0070]盖上承压缸筒的筒盖、打开进油阀、卸除排气孔的封堵顶丝、关闭排油阀;
[0071]然后,启动供油栗,向承压缸筒内缓慢注入液压油;待承压缸筒内已经注满液压油,排气孔不再有气体排出时,拧上顶丝封堵住排气孔;
[0072]保持供油栗开启状态,以使承压缸筒内液压油压力达到并保持在设定压力;
[0073]开启恒温控制系统,以将承压缸筒内液压油温度控制在设定温度;
[0074]然后,打开瓦斯气供气阀门,将瓦斯气供气管路上的调压阀调节至设定值,并保持瓦斯气的供气压力恒定;
[0075]当排气管路上的瓦斯气流量计示数处于稳定状态后,关闭排气管路上的排气阀门,并继续保持瓦斯气供气阀门处于开启状态,以使试件处于一个吸附与解吸的动态平衡状态,24小时之后,再打开排气管路上的排气阀门;
[0076]当气体流量计示数再次处于稳定状态后,对承压缸筒内液压油压力值、第一液压缸的活塞杆的挤压力数值、第二液压缸的活塞杆和第三液压缸的活塞杆的挤压力数值进行连续化动态调节,调节过程中:第二液压缸的活塞杆和第三液压缸的活塞杆的挤压力同步调节,以保证试件加载的对称性,且上述第二液压缸活塞杆和第三液压缸活塞杆施加在试件上的挤压力大于承压缸筒内液压油压力值;
[0077]待试件在第一液压缸的活塞杆挤压下,被整体剪切破坏时,第一液压缸活塞杆的加载过程即完成;
[0078]在上述整个实验过程中,监测系统全程监测、记录由各仪表传输回来的信息,这些信息包括有试件应力、剪切位移量、各液压缸的活塞杆施力大小、温度、瓦斯气体的压力、流量数据及上述各数据的变化情况。
[0079]上述技术方案直接带来的技术效果是,实验过程中,整个实验装置操作简便、调节灵活自如,全部检测数据均采用自控仪表检测、记录。最为关键的是,在进行模拟实验过程中,其仿真度高,检测结果真实、准确、可靠性好。
[0080]综上所述,本发明相对于现有技术,具有以下有益效果:
[0081]1、实验装置结构简单、布局合理,操作简便、调节灵活;
[0082]2、这种实验装置在进行热流固耦合煤体剪切渗流实验过程中,其在垂直方向施加作用力的同时,沿水平方向和前后方向(前后方向靠承压缸筒内的液压油传递压力)上也施加作用力,实现了真正意义上的“三轴”施力,因而是“真三轴”。
[0083]3、在进行模拟实验过程中,其仿真度高,检测结果真实、准确、可靠性好。
【附图说明】
[0084]图1为本发明的总体轴测结构示意图;
[0085]图2为本发明的真三轴压力室内部结构示意图(不包括承压筒壳体);
[0086]图3为本发明的实验盒轴测结构示意图;
[0087]图4为本发明的实验盒的仰视结构示意图;
[0088]图5为本发明的橡胶托盘的轴测结构示意图;
[0089]图6为本发明的试样盛放装置的轴测结构示意图;
[0090]图7为本发明的试样盛放装置的侧视结构示意图。
【具体实施方式】
[0091]下面结合附图,对本发明进行详细说明。
[0092]如图1、图2所示,本发明的基于瓦斯气的热流固耦合煤体真三轴剪切渗流实验装置,与液压站6、检测系统配套7使用,其包括机架2、第一液压油缸5、第二液压缸3、第三液压缸4、真三轴压力室1、试件盛放装置;其中:
[0093]上述机架2为框架式结构,包括顶板21、底板22和立柱;
[0094]上述顶板和底板均为矩形钢板,上述矩形钢板的四个顶角位置处均分别开设有通透孔;
[0095]上述立柱为四根,各立柱分别穿过上述顶板和底板上的对应的通透孔,并通过螺栓形成可拆卸连接;
[0096]上述真三轴压力室包括上方带有筒盖11的承压缸筒;
[0097]上述承压缸筒为底部封闭、上部敞口的圆筒,在圆筒的敞口位置处设置有一圈翻边,上述筒盖为平面法兰结构,上述筒盖和承压缸筒之间设置有O型密封圈,并通过螺栓固定连接;
[0098]上述底板朝上一面的中心位置处,设置有由一圈凸缘围成的圆形区域,上述承压缸筒竖立放置在该圆形区域内部;
[0099]上述第一液压油缸安装在上述顶板上的中心位置处,上述第一液压油缸的活塞杆沿竖直方向分别穿过上述顶板和上述筒盖上开设的中心孔,并伸入到上述承压缸筒内;
[0100]上述承压缸筒的同一水平高度上两侧腰部,分别对称设置有一连接管口,上述连接管口外端部向外翻折形成一法兰面翻边;
[0101]上述第二液压缸3和第三液压缸4的缸座一左一右分别通过螺栓固定在上述承压缸筒腰部两侧的法兰面翻边位置处;
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