真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统的制作方法_2

文档序号:8572164阅读:来源:国知局
br>[0026]所述加载装置为液压缸,液压缸通过管道与外部液压加载设备相连。
[0027]所述瞬间释放机构包括上、下支架,上支架上铰接有卡紧扣,下支架上铰接有能够与卡紧扣卡紧及松开的释放扣,释放扣上通过螺纹旋有丝杠,丝杠末端连接能够密封煤与瓦斯喷出口的密封盘。
[0028]通过丝杠可调节密封盘的活动,密封时,将释放扣与卡紧扣卡住,调节丝杠压缩密封盘密封煤与瓦斯喷出口 ;释放时,将释放扣与卡紧扣分离,在压力作用下密封盘与煤与瓦斯喷出口迅速分离。
[0029]所述筒形煤样室结构固定安装于支撑架上。
[0030]所述面式充气加载盘为方形结构件,其外部边缘与筒形煤样室结构的内腔配合,能保证内腔的气密性。
[0031]所述压力温度传感器通过数据线分别连接二次仪表,用于测试煤与瓦斯吸附与突出过程中气体压力和煤体温度变化。
[0032]一种真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统的试验方法,包括两个阶段,第一阶段为煤与瓦斯的吸附解吸实验,第二阶段为煤与瓦斯突出试验;
[0033]煤与瓦斯的吸附解吸实验步骤如下:
[0034]I)将煤样装在筒形煤样室结构的煤样室内,将抽真空及瓦斯充填孔道外部的三通一端连接瓦斯气瓶,另一端连接真空抽采设备,并连接好整套所述试验装置系统;
[0035]2)用液压加载设备对要成型的煤样施加荷载,根据预先设定好的成型压力分次成型;煤样成型后,封闭煤与瓦斯喷出口,检查试验容器气密性;
[0036]3)用真空泵将煤样室抽真空,用液压加载设备对型煤施加压力并保持压力稳定;
[0037]4)将纯度为99.9 %的甲烷按预定压力充入筒形煤样室结构的煤样室,待煤样室内压力达到平衡,部分气体被吸附,部分气体仍以游离状态处于剩余体积之中,根据已知充入或放出的甲烷体积,扣除剩余体积的游离体积,即为吸附体积;
[0038]5)重复这样的测定,得到各压力段平衡压力与吸附体积量,连接起来即为吸附等温线;完成煤与瓦斯的吸附解吸实验;
[0039]煤与瓦斯突出试验如下:
[0040]待三向地应力(即加载装置通过加载板对筒状单元内腔施加的上下和左右两维侧向压力和面式充气加载盘施加的轴压)和瓦斯压力达到预定值后突出试验装置中的型煤实际上相当于一个含“瓦斯”的煤层,突然打开利用瞬间释放机构进行临时密封的煤与瓦斯喷出口,此时由于瓦斯压力和轴压模拟地应力的作用,使储存在煤样室中的能量从煤与瓦斯喷出口突然释放而完成煤与瓦斯的突出试验;
[0041]考察试验现象(突出,压出或倾出,不突出),可以根据试验条件揭示煤岩力学性质和加载条件对煤与瓦斯突出的影响因素和作用机制。
[0042]所要测定的突出参数有:煤样成型压力、突出时的油缸压力、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯流量、突出强度、突出距离、突出煤粒度、突出时间等。这样本实用新型可以研究型煤在不同地应力、不同瓦斯压力条件下煤对瓦斯的吸附解析特性和型煤在不同地应力、不同瓦斯压力条件下煤与瓦斯突出特性。
[0043]本实用新型的有益效果是:
[0044]1、本实用新型可通过液压油缸施加三向地应力(即加载装置通过加载板对筒状单元内腔施加的上下和左右两维侧向压力和面式充气加载盘施加的轴压),实现真三维应力加载,通过控制液压油缸压力,模拟型煤的不同受力条件。
[0045]2、本实用新型真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统的加载活塞杆上设计有气体孔和孔道,气孔外部连接三通,通过三通与瓦斯气瓶和真空抽采设备相连接,实现抽真空与瓦斯气体充填,气孔其与煤样接触的圆盘设计有发放射状和环状沟槽,上面安装面式充填装置。事先将型煤抽真空再充入瓦斯,更加真实的模拟煤与瓦斯的吸附状态。
[0046]3、本实用新型的煤样加载与试验装置上设有用于检测型煤温度和气体压力的压力温度传感器,可控制瓦斯压力从而模拟不同的瓦斯压力,实现型煤在不同应力和瓦斯压力条件下的吸附解吸和突出试验定量研究。
[0047]3、装置突出口通过瞬间释放机构实施机械控制,高速瞬间打开突出口,使其突然泄压,更真实的模拟了现场开挖造成煤与瓦斯突出。
[0048]4、本实用新型结构简单、操作方便且制作成本低,可实现定量模拟和研究煤与瓦斯突出的目的。
【附图说明】
[0049]图1是本实用新型一个具体实施例结构示意图;
[0050]图2是图1中煤样加载与试验装置剖面图;
[0051]图3a是图1中煤样加载与试验装置三维图;
[0052]图3b是四瓣式反力块和煤样室三维图;
[0053]图4是图1中快速释放装置结构示意图;
[0054]其中1.型煤加载与突出试验装置,1-1煤样室,1-2面式充气加载盘,1-3四瓣式反力块,1-4反力后盖,2.控制系统与测试系统,3.瓦斯气瓶,4.液压加载设备,5.加载活塞杆,6.加载油缸,7.结构支撑,8.透明巷道,9.瞬间释放机构,9-1.密封盘,9-2.上支架,9-3.卡紧扣,9-4释放扣,9-5.下支架,10.压力及温度传感器,11.流速传感器。
【具体实施方式】
[0055]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0056]如图1和图2所示:煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置1,包括由若干节筒状单元顺次连接组成的筒形煤样室结构,每个筒状单元外周上均设有若干能够检测其内部的型煤温度和气体压力的压力及温度传感器10,以及筒状单元外周上对称设置有四个加载油缸6,加载油缸6沿筒状单元径向伸入筒状单元内腔中与加载板相连,且能通过加载板对筒状单元内腔中的型煤施加侧向地应力;所述筒形煤样室结构两端分别设置有反力盖(即前反力盖和后反力盖1-4),前反力盖中设置有内侧面与筒形煤样室结构的内腔相通的面式充气加载盘1-2,后反力盖1-4设有工作时与筒形煤样室结构的内腔连通的煤与瓦斯喷出口,在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的瞬间释放机构9 ;
[0057]面式充气加载盘1-2外侧连接有加载活塞杆5,加载活塞杆5中设有抽真空及瓦斯充填孔道,抽真空及瓦斯充填孔道外端通过三通分别与外部抽真空设备和瓦斯充填设备相连通。
[0058]抽真空及瓦斯充填孔道的外部三通的两出口各安置控制开关。煤样室1-1和加载油缸6均固定在结构支撑7上。
[0059]如图2所示:面式充气加载盘与型煤接触面一侧留有利于瓦斯扩散的凹槽。抽真空及瓦斯充填孔道的内部出口与面式充气加载盘表面交叉设置的发放射状和环状沟槽相通。
[0060]如图2、图3b所示,筒状单元的内腔为方形,筒状单元是由沿其内腔方形的对角线向外延伸形成对称的四瓣式反力块1-3连接组成,筒状单元的外圆周上设有若干向内凹陷的槽,压力及温度传感器10和加载油缸6均安装于槽中。
[0061]每一个筒状单元的内腔中均有四块与方形内腔壁相匹配的加载板,四块加载板组成的空间形成煤样室1-1,每一块加载板通过与其相连的加载油缸6能够自由沿直线移动,实现对煤样室1-1中型煤上、下、左、右方向的挤压。加载油缸6通过管道与外部液压加载设备4相连。
[0062]如图4所示
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