一种测量岩体恒温吸附和监测岩体应变的测试方法及仪器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种岩体恒温和岩体应变的测试方法及仪器，特别是一种测量岩体恒 温吸附和监测岩体应变的测试方法及仪器。
【背景技术】
[0002] 对于煤层吸附瓦斯的能力及煤层气成分、压力更深入的理解对于煤炭及煤层气工 业有重要的推动作用。多年来，煤样的等温吸附测试一直作为评价煤层赋存瓦斯及其它气 体的能力的标准。
[0003] 传统上，岩体恒温吸附的测试一般采用体积法（容量法），但传统的体积法测试的 岩体样品多为粉末状，质量较少，而且测试方法和计算复杂。此外还有重力法和排水取气法 等。
[0004] 传统体积法和重力法均需要两个罐，即样品罐和参考罐，特别是体积法，需要精准 地校核参考罐（与吸附罐对应，用来求算注气量）的体积，然后通过气体方程算出注入气体 的气体量。这种方法的主要问题是参考罐的精确校核比较困难，操作比较繁琐，计算过程比 较复杂。而传统的排水取气法测量，具有精度较低、测试步骤繁琐等缺点。同时传统的方法 样品罐与其他罐体和注气设备连接较多，也具有系统密封性比较差的缺点。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要提供一种测量岩体恒温吸附和监测岩体应变的测试方法及仪 器，解决通过煤样等温吸附测试来为煤层瓦斯赋存能力提供评价标准的问题。
[0006] 本发明的目的是这样实现的：该岩体恒温和岩体应变的测试方法：通过间接重力 法测试岩体的恒温吸附能力，同时可在所测样品侧面贴横向以及纵向应变片，在岩样达到 吸附平衡的过程中同时监测岩样的应变情况，便于分析岩体吸附与岩体微观应力之间的关 系；
[0007] 方法的具体步骤：
[0008] 1、气源钢瓶1接进气流量阀2与吸附罐10相连，真空栗4接排气流量阀与吸附罐 相连；
[0009] 2、吸附罐10安装在水浴恒温室7内，保证岩样吸附测试过程中的温度恒定；
[0010] 3、吸附罐10上部的压力传感器8外接数据采集与分析仪9,实时监测吸附罐10内 气体压力；
[0011] 4、所测岩样侧面贴横向与纵向应变片11，并接入数据采集与分析仪9,监测并记 录岩样恒温吸附过程中的应变；
[0012] 5、当吸附罐10内气体压力不再变化时即测试岩样达到吸附平衡，将吸附罐从试 验台上分解下来，然后用高精度天平对其称重；
[0013] 6、水浴恒温室7可同时安装多个吸附罐10,便于对不同粒径范围内的岩样同时做 对比测量；
[0014] 7、吸附罐10内达到吸附平衡后，关闭进气流量阀2,断开压力传感器接口与应变 线接口，关闭吸附罐10上部的封闭阀门，然后取出吸附罐，用精确天平对整个吸附罐称重， 包括岩样质量与高压气体质量，最后可推算出吸附罐内游离态气体的物质的量。
[0015] 所述的吸附罐10上部设有气体压力传感器8,压力传感器8将吸附罐内部气体压 力数据传输至数据采集与分析系统，当吸附罐内气体压力到达设定压力点时，关闭进气流 量阀2。
[0016] 进一步的，当数据采集与分析仪9显示吸附罐内压力达到预定值时，手动关闭进 气流量阀2,同时关闭封闭阀5,此后由于煤样对气体的吸附作用导致吸附罐内压力逐渐降 低，即数据采集与分析仪9上读数逐渐降低，当压力读数趋于稳定时，即可认为吸附罐10内 达到吸附平衡；
[0017] 水浴恒温控制系统主要包括恒温控制器6和水浴恒温室7 ;整个吸附罐10处于水 浴环境中，保证动态吸附是在同一温度下进行；
[0018] 压力传感器8采集到的压力信号通过数模转换后最终在数据采集与分析仪9上显 示出读数；应变片采集的应变信息通过数模转换后存储在数据采集与分析仪9内部。
[0019] 测试仪器包括：气源钢瓶1、进气流量阀2、排气流量阀3、真空栗4、恒温控制器6、 水浴恒温室7、压力传感器8、数据采集与分析仪9、吸附罐10和应变片11 ;气源钢瓶1通过 进气流量阀2与吸附罐10相连，真空栗4通过排气流量阀3与吸附罐10相连；吸附罐10 置于热封闭隔绝腔体内部，吸附罐10上部设有气体压力传感器8,气体压力传感器8与数据 采集与分析仪9相连，贴在岩样侧面上的应变片11通过吸附罐10上部与数据采集与分析 仪9相连；恒温控制器6连接在水浴恒温室上。
[0020] 所述的吸附罐10设有应变连接线接口，岩样侧面的横向与纵向应变片11通过接 线口外接至数据采集与分析仪9,进而得到岩样吸附过程中岩体应变数据。
[0021] 所述的吸附罐10上部设有气体压力传感器8,压力传感器8将吸附罐10内部气体 压力数据传输至数据采集与分析系统，当吸附罐内气体压力到达设定压力点时，关闭进气 流量阀2。
[0022] 有益效果，由于采用了上述方案，当数据采集与分析仪9显示吸附罐10内压力达 到预定值时，手动关闭进气流量阀2,同时关闭封闭阀5,此后由于煤样对气体的吸附作用 导致吸附罐10内压力逐渐降低，即数据采集与分析仪9上读数逐渐降低，当压力读数趋于 稳定时，即可认为吸附罐内达到吸附平衡；整个吸附罐处于水浴环境中，保证动态吸附是在 同一温度下进行；压力传感器8采集到的压力信号通过数模转换后最终在数据采集与分析 仪9上显示出读数；应变片11采集的应变信息通过数模转换后存储在数据采集与分析仪9 内部。
[0023] 优点：本测试方法通过高精度天平直接称量得出注气量，避免了参考罐高精度校 核的困难。测试方法简单，测试过程可靠性高。
[0024] 在一定程度上避免了传统相对体积法的复杂计算、样品罐和参考罐连接的密封性 问题与繁琐的参考罐体积校核步骤，避免了传统排水取气法测量精度较低与测试步骤繁琐 等问题，相比于传统的重力法又增加了通过真实气态方程计算死体积气体量的优点。本方 法只使用单一吸附罐进行实验，注气吸附平衡后，直接采用高精度天平称量得出吸附罐中 高压气体的总的气体量，通过真实体态方程精确计算死体积中的气体量，两者之差即为吸 附的气体量，本测试仪器单一，连接处少，增强了系统的密封性，同时操作较为简单、计算方 法简单可靠、精确度高。
【附图说明】
[0025] 为了更清楚地声明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍，显而易见地，而描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领 域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附 图。
[0026] 图1是本发明的恒温吸附测试方法结构示意图结构图。
[0027] 图2是本发明的高精度天平称重示意图图。
[0028] 图中，1、气源钢瓶；2、进气流量阀；3、排气流量阀；4、真空栗；5、封闭阀；6、恒温控 制器；7、水浴恒温室；8、压力传感器；9、数据采集与分析仪；10、吸附罐；11、应变片；12、测 试煤样。
【具体实施方式】
[0029] 下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例 仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技 术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例都属于本发明的保护范围。
[0030] 该岩体恒温和岩体应变的测试方法：通过间接重力法测试岩体的恒温吸附能力， 同时可在所测样品侧面贴横向以及纵向应变片，在岩样达到吸附平衡的过程中同时监测岩 样的应变情况，便于分析岩体吸附与岩体微观应力之间的关系；
[0031] 方法的具体步骤：
[0032] 1、气源钢瓶1接进气流量阀2与吸附罐10相连，真空栗4接排气流量阀与吸附罐 相连；
[0033] 2、吸附罐10安装在水浴恒温室7内，保证岩样吸附测试过程中的温度恒定；
[0034] 3、吸附罐10上部的压力传感器8外接数据采集与分析仪9,实时监测吸附罐10内 气体压力；
[0035] 4、所测岩样侧面贴横向与纵向应变片11，并接入数据采集与分析仪9,监测并记 录岩样恒温吸附过程中的应变；
[0036] 5、当吸附罐10内气体压力不再变化时即测试岩样达到吸附平衡，将吸附罐从试 验台上分解下来，然后用高精度天平对其称重；
[0037] 6、水浴恒温室7可同时安装多个吸附罐10,便于对不同粒径范围内的岩样同时做 对比测量；
[0038] 7、吸附罐10内达到吸附平衡后，关闭进气流量阀2,断开压力传感器接口与应变 线接口，关闭吸附罐上部的封闭阀门，然后取出吸附罐，用精确天平对整个吸附罐称重，包 括岩样质量与高压气体质量，最后可推算出吸附罐内游离态气体的物质的量。
[0039] 所述的吸附罐10上部设有气体压力传感器8,压力传感器8将吸附罐内部气体压 力数据传输至数据采集与分析系统，当吸附罐10内气体压力到达设定压力点时，关闭进气 流量阀2。
[0040] 进一步的，当数据采集与分析仪9显示吸附罐内压力达到预定值时，手动关闭进 气流量阀2,同时关闭封闭阀5,此后由于煤样对气体的吸附作用导致吸附罐10内压力逐渐 降低，即数据采集与分析仪9上读数逐渐降低，当压力读数趋于稳定时，即可认为吸附罐10 内达到吸附平衡；
[0041] 水浴恒温控制系统主要包括恒温控制器6和水浴恒温室7 ;整个吸附罐处于水浴 环境中，保证动态吸附是在同一温度下进行；
[0042] 压力传感器8采集到的压力信号通过数模转换后最终在数据采集与分析仪9上显 示出读数；应变片11采集的应变信息通过数模转换后存储在数据采集与分析仪9内部。
[0043] 测试仪器包括：气源钢瓶1、进气流量阀2、排气流量阀3、真空栗4、恒温控制器6、 水浴恒温室7、压力传感器8、数据采集与分析仪9、吸附罐10和应变片11 ;气源钢瓶1通过 进气流量阀2与吸附罐10相连，真空栗4通过排气流量阀3与吸附罐10相连；吸附罐10 置于热封闭隔绝腔体内部，吸附罐10上部设有气体压力传感器8,气体压力传感器8与数据 采集与分析仪9相连，贴在岩样侧面上的应变片11通过吸附罐10上部与数据采集与分析 仪9相连；恒温控制器6连接在水浴恒温室上。
[0044] 所述的吸附罐10设有应变连接线接口，岩样侧面的横向与纵向应变片11通过接 线口外接至数据采集与分析仪9,进而得到岩样吸附过程中岩体应变数据。
[0045] 所述的吸附罐10上部设有