评测泡沫成型强度、形变韧性及堵漏率融合平台及方法

背景技术：

1、泡沫材料因具有良好的膨胀性、窒息性、阻燃性及保水冷却性能，在阻止煤矿井下的多孔裂缝区的煤自燃领域应用广阔，尤其在煤矿井下，泡沫对煤炭火灾治理以及采空区封堵也具有十分显著的提升效应。

2、我国的能源组成一直处于富煤、贫油、少气的特点，原煤产量在2021年为41.3亿吨，同比增长5.7％，预测2025年中国能源消费总需求中，煤炭消费需求为28-29亿吨标准煤，占能源消费总量的50- 52％，未来的一段时间内，我国主要能源依然是以煤炭为主，但是在煤矿开采过程中，往往伴随着煤炭火灾、瓦斯突出等灾害事故。我国有54.9％重点煤矿有自燃发火倾向，超过90％的矿井火灾事故是因为煤氧化自燃所导致。我国已将煤炭自燃列为重大自然灾害类型之一。不仅仅中国，作为发达国家的美国和加拿大也不能幸免，包括宾夕法尼亚州和科罗拉多州在内的美国21 个州都有历史悠久的煤田火灾，其中宾州哥伦比亚县的森特里亚煤矿至今已经烧了59年。除了南极洲以外，其他每个大洲都有数千个煤矿火灾在燃烧，危及周边地区人类的正常生产生活。

3、根据煤炭自燃机理，阻止煤炭自燃的关键在于控制氧气与煤结合的程度和阻止煤自身的氧化升温。泡沫由于其密封性好、保水降温性能强、扩散性优，被广泛用于煤矿井下阻燃。用泡沫对采空区或其他多孔介质区进行封堵可以有效减少漏风量，达到降低氧气浓度的目的，并且在煤自燃的前期，煤自身缓慢氧化散热提高煤层的温度，泡沫中含有大量水分，可以有效吸收散发出来的热量，阻止煤自燃的下一阶段发生。泡沫具有良好的扩散性，可以有效进入煤于煤之间的裂隙，达到全覆盖的效果。专利号cn111855431a公布了一种堵漏材料性能评价装置及方法，主要包括测试釜、釜盖、滑轮、重力模块、压力绳索、制动件。利用重力模块自身的重力对封堵材料加压，通过封堵材料的压缩情况，计算伸缩率，来评估封堵材料的承压性能。但测试参数过于单一，没有直观体现出封堵材料的封堵性能，在实际应用中存在封堵材料承压能力好，但堵漏性能不佳的情况。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施例提供评测泡沫成型强度、形变韧性及堵漏率融合平台及方法，实现对不同泡沫封堵材料在不同温度下成型强度、韧性、堵漏效率以及发泡性能的综合评测，可适用于对泡沫封堵材料的综合性能实验研究。

2、本发明评测泡沫成型强度、形变韧性及堵漏率融合平台，包括：

3、透视化腔体外壳，用于盛放测试介质以及进行主要测试流程。

4、定压压力釜，用于收集外部载气，可以固定压力对可移动拉压板向右施加压力，使其向右移动，设置在所述腔体外壳左部。

5、供气管道，用于向所述压力釜内输入外部载气，连接至所述压力釜。

6、液体均匀分配出流装置，用于向多孔介质区域各个方位均匀供水，在所述腔体外壳上部，由供水管道，积液区，出流管，圆台上凹体环向出流装置组成。

7、供水管道，用于向所述液体均匀分配出流装置供水，连接至所述积液区。

8、上水气控制板，用于隔离和疏通所述液体均匀分配出流装置与多孔介质区，设置在所述液体均匀分配出流装置下部及多孔介质区上部。

9、多孔介质区，用于盛放多孔介质材料，模拟矿井多孔采空区煤炭堆积状态，设置在所述腔体外壳右中部。

10、可移动拉压板，用于拉引泡沫成型以及压缩所述多孔介质区，设置在所述压力釜与多孔介质区之间。

11、下水气控制板，用于承受所述多孔介质区内多孔介质材料向下的压力以及下渗水的压力，设置在所述多孔介质区下部。

12、储水槽，用于储存并测量所述多孔介质区的排水，设置在所述腔体外壳底部。

13、控温单元，防水耐高温，用于控制多孔介质区温度，安装在所述多孔介质区中部水平位置处。

14、温度实时监控仪，用于检测多孔介质区的温度，安装在控温单元表面。

15、温度控制面板，用于设置控温单元的温度以及升温速率，安装在控温单元右侧。

16、氧气浓度检测装置，用于测量所述压力釜和所述多孔介质区不同位置的氧气浓度，安装在所述压力釜和所述多孔介质区一侧。

17、泡沫高速出流装置，用于不同种类泡沫材料的喷出，喷头设置若干小孔，安装在所述多孔介质区上、下部。

18、泡沫发生装置管道，用于向所述泡沫高速出流装置供入不同泡沫原料制备的泡沫，连接泡沫高速出流装置。

19、定位回声探测仪，用于检测泡沫堵漏完成的情况，位于上水气控制板下部。

20、排水泄压装置，用于所述腔体外壳内的泄压及排出储水槽内的水，通过管道与储水槽下部相连。

21、双向喷射清洁装置，用于清洁泡沫检测完成后的泡沫余液及多孔介质缝隙，位于控温单元与泡沫高速出流装置中间。

22、进液弯曲软管，用于向所述双向喷射清洁装置提供不同种类的清洁剂，连接双向喷射清洁装置与储水槽。

23、过滤显色集气管，用于检验泡沫温升后可能产生的不利气体，根据显色颜色深浅，自主划分浓度等级，确定对应环保性能优劣。

24、电子天平，用于称重储水槽内排出水的重量，安装在排水泄压装置下方。

25、所述腔体外壳由透明pvc材料制成，横向长度为与截面宽度的比值在1:1到1:10之间，在外壁设置刻度，用于所述可移动拉压板移动距离测量。

26、所述上、下水气控制板由碳纤维材料制成，能承受高压高温，所述上水气控制板下部安装定位回声探测仪，实时探测泡沫接触，采集频率100hz，可实现由控制模块在实心与滤液状态转换的智能识别，由驱动机构，移动挡板，缓冲弹簧，压力传感器，三角支柱组成，整体可实现实心与滤液板转换。

27、所述驱动机构由主动齿轮、从动齿轮、链条、主动齿轮油槽组成，从动齿轮与主动齿轮通过链条连接形成齿轮传动机构，从动齿轮连接移动挡板，带动移动挡板在卡槽之间的移动。

28、所述可移动拉压板由peg亲水材料制成，由20-30个凹粒组成，凸起方向指向所述压力釜，凹粒内设置连续凹槽，凹槽中带有钩状体，钩状体上设置倒刺，倒刺角度与切线方向呈0-60°，所述可移动拉压板可以横向移动，向左移动拉引泡沫成型，向右挤压多孔介质区域。

29、所述多孔介质材料由孔隙率为5-30％的多孔颗粒制成，模拟不同煤堆分散情况，其中多孔介质区域由陶瓷、砖瓦、鞍形填料、玻璃纤维、煤块等刚性介质填充。

30、所述氧气浓度检测装置在压力釜内布置一个，在所述多孔介质区一侧布置五个，均匀分布，之间的距离为20-30cm，用于测量所述多孔介质区不同位置的氧气浓度，可防水耐高温高压。

31、所述控温单元预埋在所述多孔介质区中部，加热温度上限 200℃，下限为50℃，温度控制精确度在5％以内，升温速率控制在 0.5-5℃/min，可防水耐高温。

32、所述双向喷射清洁装置在多孔介质区布置有2个，长度占整体容器横向长度的50-60％可实现前后双向清洁作用，向前清洗可移动拉压板与多孔介质空隙内残余泡沫，向后清洗泡沫高速出流装置和控温单元，可实现加压冲刷与清洁作用。

33、所述过滤显色集气管在管前端安置由电机驱动的负压风扇1 个，设置气敏过滤吸收网1个，由精滤棉制成，安装有三个装有不同检测试剂的管径为2.0-2.4cm的透明玻璃管，主要检测so2，nh3， no2三种主要的有毒气体，三者互不干扰，其并排布置在集气管后端，可通过观察颜色变化划分浓度等级，判定是否环保。

34、本发明评测泡沫成型强度、形变韧性及堵漏率方法，包括：

35、s1、布置所述评测平台，所述水气控制板均调整为实心板状态，在温度控制面板设置升温元件控温单元的温度参数，通过泡沫发生装置管道注入不同泡沫原料制备的泡沫；

36、s2、所述上水气控制板紧贴多孔介质区，通过所述泡沫高速出流装置注泡当上水气控制板下部的定位回声探测仪感受到泡沫时，停止产泡，记录所用泡沫原液体积v2；

37、s3、可移动拉压板匀速向左拉引直到泡沫完全脱离，记录泡沫被拉引长度δl；通过供气系统向压力釜内施加压力p，所述拉压板由于压力差向右移动，直到拉压板保持静止，测量最终所述拉压板向右移动距离δh；

38、s4、将所述上、下水气控制板切换成滤液板状态，打开泄压排水阀泄压后关闭；

39、s5、向腔体内供水m1，经过时间t后，打开泄压排水阀泄水，测量底部流出到电子天平的漏水量m2，后再次供入清水，清洁仪器；

40、s6、改变所述升温元件温度及泡沫原料，重复s1-s5步骤。

41、所述步骤s1中，通过拉引距离δl表征泡沫成型强度。

42、所述步骤s2中，通过右压长度变化δh计算泡沫整体弹性形变评估泡沫空间形变韧性。

43、所述步骤s3中，通过供水量m1及漏水量m2计算渗透率及不同位置氧气浓度c，评价泡沫堵漏效率。

44、通过多孔介质区域空隙体积与泡沫原液体积计算泡沫膨胀倍数评估泡沫发泡性能。

45、所述泡沫堵漏材料包括钙化泡沫、高分子聚合泡沫、纳米泡沫、三相泡沫、胶联泡沫和凝胶泡沫等非牛顿泡沫体。

46、由所述泡沫成型强度，空间形变韧性，堵漏效率以及发泡性能评估泡沫在不同温度下综合封堵性能。

47、δl越大，泡沫成型强度越强、弹性形变σ越大空间韧性越好、渗透率η及氧气浓度c越低封堵效果越佳以及膨胀倍数λ越大发泡性能越优。

48、本发明实施例评测泡沫成型强度、形变韧性及堵漏率融合平台，通过透视化腔体外壳及内部多孔介质区模拟多孔采空区封堵环境，在腔体外壳右中部可放入多孔介质材料，多孔介质中设有横向控温单元，控温单元表面设有温度实时监控仪，用于提高和检测多孔介质区的温度，来模拟不同温度环境下多孔采空区泡沫的封堵情况，腔体外壳内设有泡沫发生装置管道连接到泡沫高速出流装置，向多孔介质区注入泡沫，在多孔介质上部设置上水气控制板，上水气控制板上部设置液体均匀分配出流装置，通过供水管道与外部供水装置连接，在上水气控制板下部设置定位回声探测仪，在多孔介质下部设置下水气控制板，在腔体最下部位设置储水槽，外部设置排水泄压装置。腔体外壳内左部设置压力釜，压力釜与供气管道连接，通过压差对压力釜右部设置的可移动拉压板施加压力，拉引泡沫成型以及压缩多孔介质区，用于评测泡沫成型强度和空间形变韧性，多孔介质区下测铺设有氧气浓度检测装置，用于检测压力釜和多孔介质区不同位置氧气浓度，来评判泡沫对模拟多孔介质区域的封堵效果，在控温单元与泡沫高速出流装置中间设置双向喷射清洁装置，用于冲刷清洁残余泡沫，温控单元加设过滤显色集气管，根据气体与指示剂显色深浅不同，与气体最低浓度标准进行比对，评测泡沫环保性能，根据所得数据可以实现不同泡沫在不同温度下封堵多孔介质区域的综合评测。