一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于实验室试件制作设备技术领域，特别涉及一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置。
【背景技术】
[0002]煤炭是一种非常重要的资源，占我国能源消费结构的65%左右，煤层气是煤形成过程中的伴生物，也是一种重要的资源。通过实验了解煤的力学特性、吸附解吸特性和渗流特性对于煤炭和煤层气资源的开发有重要的指导作用。煤试件是了解煤性质的主要载体，将原煤加工成所需尺寸的试件(如Φ50πιπιΧ 100mm)是实验的前期准备。但是煤中含有大量的层理、节理和裂隙，部分发育程度较大的煤难以加工成所需尺寸的试件。为了解决这一难题，通过将原煤粉碎加工成型煤的方法近似测量煤的特性。型煤的形成过程中，煤粉颗粒之间的孔隙随着压力的增大逐渐发生变化，而这些裂隙孔隙的大小和多少直接影响着型煤的力学特性，吸附解吸特性以及渗流特性。因此探究型煤制作过程孔隙裂隙演化，对于分析型煤/原煤之间力学特性，吸附解吸特性及渗流特性差别有十分重要的意义。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的问题，本发明提供一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置，目的是通过该装置的合理结构设计，分析出型煤制作过程中孔隙裂隙演化过程。
[0004]实现本发明目的的型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置，包括压力控制系统、型煤成型系统和位移应力声发射监测系统；
所述的压力控制系统包括液压缸、高压油管和液压源及控制器；所述的型煤成型系统包括压杆、装卸手柄和型煤压制腔；所述的位移应力发射监测系统包括位移传感器、压力传感器、声发射探头、数据采集仪和计算机；
其中，所述的液压源及控制器通过高压油管连接液压缸，液压缸伸长可下压压杆，压杆的直径与型煤压制腔的型煤室内径匹配；
所述的型煤压制腔的型煤室是空心圆柱体结构，空心圆柱体由3个1/3空心圆柱体组合而成，每个1/3空心圆柱体的外表面中部都设有一个装卸孔；型煤室的底部设有圆柱体垫片并由下螺帽压紧垫片，顶部设有上螺帽，中部设有装卸固定架，上螺帽和下螺帽上各有2个对称的装卸孔，装卸固定架上具有与1/3空心圆柱体的装卸孔位置相对应的装卸孔，装卸孔上有螺纹，装卸孔与装卸手柄之间是螺纹配合；
所述的型煤室上安装有声发射探头，声发射探头与数据采集仪的输入端相连，数据采集仪的输入端还与压力传感器和位移传感器分别相连，其中的压力传感器安装在液压油缸上，位移传感器安装在压杆上，数据采集仪的输出端与计算机相连，计算机还与液压源及控制器相连。
[0005]其中，所述的高压油管上设有进油阀门和出油阀门。
[0006]所述的压杆由合金工具钢制成，压杆中心有排气孔，排气孔上部孔径大于下部孔径。
[0007]与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是:
本发明中的型煤室为空心圆柱体，型煤室由3个1/3空心圆柱体组合而成，型煤室上有三个装卸孔，装卸孔与装卸固定架、装卸手柄配合使用，型煤室内设置有圆柱体垫片，将煤粉装入型煤室，对压杆施加一定的力将煤粉压制成型煤，型煤室采用1/3空心圆柱体组合设计是考虑到型煤脱模时型煤的受力情况，保证容易脱模，使型煤不容易损坏，型煤脱模过程中，卸下下端螺帽时，型煤下端面失去约束产生变形，将圆柱体垫片挤出，而型煤未挤出，保护型煤不受损坏。
[0008]本发明中压杆上的排气孔的作用是排出型煤成型过程中型煤室内的空气。
[0009]本发明中的压力控制能够可实现恒位移、恒载荷、恒位移速率、恒载荷速率控制进行加载，采用电液伺服闭环技术，计算机控制。
[0010]本发明中的液压油缸上安装有压力传感器，采集压力数据，通过计算机记录并通过液压栗及控制器反馈调节压力大小。
[0011]本发明的位移应力声发射监测系统能够监测型煤成型过程中的压缩量、压缩速率、压力大小、孔隙裂隙演化时的声发射能量等参数。
[0012]本发明的型煤室上安装有声发射探头，能够采集型煤制作过程中裂隙孔隙闭合所释放的能量，反映型煤制作过程中裂隙的演化过程。
[0013]本发明的压杆上安装有位移传感器，能够采集型煤制作过程中型煤的大小，压缩速率等数据，通过计算机记录并通过液压栗及其控制系统反馈调节试件压缩量及压缩速率。
[0014]本发明通过装置的合理设计，通过一套完整的结构就能够实现型煤制作和裂隙孔隙演化过程中的压力、位移、能量等数据的采集分析，大大简化了试验过程，提高了试验效率。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置结构示意图；
图2为图1中的1/3空心圆柱体的横截面图；
图3为图1中的装卸孔螺纹与装卸手柄配合使用示意图；
其中:1:液压缸；2:高压油管；3:进油阀门；4:出油阀门；5:导线，6:液压源及控制器；7:压力传感器；8:计算机，9:数据采集仪；10:声发射探头；11:压杆；12:排气孔；13:上螺帽；14:装卸孔；15:型煤室:16:装卸固定架；17:螺纹；18:下螺帽；19:圆柱体垫片；20:位移传感器；21:1/3空心圆柱体；22:装卸手柄。
【具体实施方式】
[0016]下面结合图1、图2和图3对本发明的使用方式做进一步说明。
[0017]本发明实施例中采用的压力传感器是MEACON牌型号MIK-P300压力变送器，位移传感器是MIRAN牌型号KTR-50mm的弹簧自恢复直线位移传感器，数据采集仪是泰斯特牌型号TST5915，液压控制器是BOEN牌型号53853，搭配计算机和配套软件使用，声发射传感器是超小型声发射传感器M型(协振式)。
[0018]如图1，型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置，包括压力控制系统、型煤成型系统和位移应力声发射监测系统；
所述的压力控制系统包括液压缸1、高压油管2和液压源及控制器6 ;所述的型煤成型系统包括压杆11、装卸手柄22和型煤压制腔；所述的位移应力发射监测系统包括位移传感器20、压力传感器7、声发射探头10、数据采集仪9和计算机8 ;
其中，所述的液压源及控制器6通过高压油管2连接液压缸1，高压油2上设有进油阀门3和出油阀门4，液压缸I伸长可下压压杆11，压杆11的直径与型煤压制腔的型煤室15内径匹配；
所述的型煤压制腔的型煤室15是空心圆柱体结构，空心圆柱体由3个1/3空心圆柱体21组合而成，每个1/3空心圆柱体21的外表面中部都设有一个装卸孔14，如图2所示；型煤室15的底部设有圆柱体垫片19并由下螺帽18压紧垫片，顶部设有上螺帽13，中部设有装卸固定架16，上螺帽13和下螺帽18上各有2个对称的装卸孔14，装卸固定架16上具有与1/3空心圆柱体21的装卸孔14位置相对应的装卸孔14，装卸孔14上有螺纹，装卸孔14与装卸手柄22之间是螺纹配合，如图3所示；
所述的型煤室15上还安装有声发射探头10，声发射探头10与数据采集仪9的输入端相连，数据采集仪9的输入端还与压力传感器7和位移传感器20分别相连，其中的压力传感器7安装在液压油缸I上，位移传感器20安装在压杆11上，数据采集仪9的输出端与计算机8相连，计算机8还与液压源及控制器6相连。
[0019]所述的压杆11由合金工具钢制成，压杆中心有排气孔12，排气孔12上部孔径大于下部孔径。
[0020]采用上述型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置进行型煤制作过程孔隙裂隙演化试验的步骤如下:
(1)组装型煤压制腔:将3个1/3空心圆柱体21组合成型煤室15，将装卸固定架16套在型煤室15上，把3个装卸手柄22拧在装卸固定架16上，并使装卸手柄22插进型煤室15的装卸孔14，并顶紧型煤室，将圆柱体垫19放入型煤室15下方，然后配合装卸手柄22拧紧下螺帽18和上螺帽13 ；
(2)进行裂隙演化试验:将型煤压制腔放在压力试验机上，调整好位置后向型煤压制腔内倒入质量为m的煤粉，然后将压杆11放入型煤压制腔内，煤粉中的空气从排气孔12排出，启动计算机控制系统，调整液压1，使压力机与压杆11接触，然后将位移数据平衡调零，启动液压栗及控制6，选择一种加载方式对煤粉进行加载，待压杆11到达型煤所需高度时，调整为恒位移或者恒载荷加载一段时间，然后卸载，在加载过程中通过声发射探10，采集煤粉压制成型煤过程成中的声发射能量；
(3)取出型煤:用装卸手柄22拆卸掉上、下螺帽，然后拧下装卸固定架16上的装卸手柄22，取下装卸固定架16，然后拆开型煤室15，取出型煤；
型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置也可以借助其他辅助手段，如扫描电镜，对不同孔隙度，不同载荷，不同加载速率条件下的型煤制作过程孔隙裂隙演化进行分析。
【主权项】
1.一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置，其特征在于包括压力控制系统、型煤成型系统和位移应力声发射监测系统； 所述的压力控制系统包括液压缸、高压油管和液压源及控制器；所述的型煤成型系统包括压杆、装卸手柄和型煤压制腔；所述的位移应力发射监测系统包括位移传感器、压力传感器、声发射探头、数据采集仪和计算机； 其中，所述的液压源及控制器通过高压油管连接液压缸，液压缸伸长可下压压杆，压杆的直径与型煤压制腔的型煤室内径匹配； 所述的型煤压制腔的型煤室是空心圆柱体结构，空心圆柱体由3个1/3空心圆柱体组合而成，每个1/3空心圆柱体的外表面中部都设有一个装卸孔；型煤室的底部设有圆柱体垫片并由下螺帽压紧垫片，顶部设有上螺帽，中部设有装卸固定架，上螺帽和下螺帽上各有2个对称的装卸孔，装卸固定架上具有与1/3空心圆柱体的装卸孔位置相对应的装卸孔，装卸孔上有螺纹，装卸孔与装卸手柄之间是螺纹配合； 所述的型煤室上安装有声发射探头，声发射探头与数据采集仪的输入端相连，数据采集仪的输入端还与压力传感器和位移传感器分别相连，其中的压力传感器安装在液压油缸上，位移传感器安装在压杆上，数据采集仪的输出端与计算机相连，计算机还与液压源及控制器相连。2.根据权利要求1所述的一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置，其特征在于所述的高压油管上设有进油阀门和出油阀门。3.根据权利要求1所述的一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置，其特征在于所述的压杆由合金工具钢制成，压杆中心有排气孔，排气孔上部孔径大于下部孔径。
【专利摘要】本发明属于实验室试件制作设备技术领域，特别涉及一种型煤制作过程孔隙裂隙演化试验装置。本发明包括压力控制系统、型煤成型系统和位移应力声发射监测系统，所述的压力控制系统包括液压缸、高压油管和液压源及控制器；所述的型煤成型系统包括压杆、装卸手柄和型煤压制腔；所述的位移应力发射监测系统包括位移传感器、压力传感器、声发射探头、数据采集仪和计算机。本发明通过装置的合理设计，通过一套完整的结构就能够实现型煤制作和裂隙孔隙演化过程中的压力、位移、声发射能量等数据的采集分析，大大简化了试验过程，提高了试验效率。
【IPC分类】G01N29/14, G01N3/12
【公开号】CN105136583
【申请号】CN201510652883
【发明人】梁冰, 贾立锋, 孙维吉, 温彦凯, 石占山, 曲瑞, 施永威
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年10月10日