四阀口 10和第二气压表14组成，所述第二气压表14与煤样固定装置1的气体出 口 1-12相连接。
[0027] 所述煤样固定装置1由煤样室1-16和通过螺栓固定于煤样室1-16上方的轴压 缸体1-4组成；所述轴压缸体1-4内设有带压力传感器1-2的轴向加载杆1-1，轴向加载杆 1-1的一端伸出轴压缸体1-4外且与分离式霍普金森压杆装置21处于同一水平面，另一端 伸入煤样室1-16内，轴向加载杆1-1的中部设有与轴向加载杆1-1相垂直的密封板1-7,密 封板1-7的两端通过密封圈1-5与轴压缸体1-4的内壁密封连接；所述轴压缸体1-4上方 设有位移传感器1-3,轴压缸体1-4的侧壁设有两个轴压注油口 1-15,两个轴压注油口 1-15 分别位于密封板1-7的上、下方，轴压缸体1-4的侧壁还开设有气体入口 1-6。
[002引所述煤样室1-16包括位于煤样室1-16底部的可拆卸承压挡板1-14和位于煤样 室1-16内部设有中空煤样型腔的密封胶套1-9,密封胶套1-9外侧壁开设有凹槽且该凹槽 与煤样室内侧壁形成环形围压油腔，煤样1-10置于密封胶套1-9的中空煤样型腔内且与环 形围压油腔相隔离，密封胶套1-9的下方设置密封垫1-13 ;煤样型腔的顶部设有第一多孔 板1-8,煤样型腔的底部设有第二多孔板1-11，轴压缸体1-4的气体入口 1-6通过轴向加载 杆内部的气体管路与煤样型腔顶部的第一多孔板1-8相连通，伸入煤样室1-16的轴向加载 杆1-1的端部与第一多孔板1-8压接；煤样室1-16侧壁开设有围压注油口 1-17和气体出 口 1-12,煤样室1-16的气体出口 1-12通过承压挡板内部的气体管路与煤样型腔底部的第 二多孔板1-11相连通。所述抽真空装置由顺次连接的真空累16和第五阀口 4组成。
[0029] 本实用新型的试验系统中，高压瓦斯罐2中的瓦斯经过解压后进入到煤样固定装 置1中为实验提供瓦斯气源。分离式霍普金森压杆装置21中的霍普金森压杆提供冲击载 荷模拟冲击地压，作用于含瓦斯煤样的轴向方向。轴压加载装置用W对煤样提供恒定轴向 压力条件。围压加载装置用W对煤样提供恒定径向压力条件。煤样固定装置1能提供的= 维应力环境是该装置的关键所在，其作用是放置且固定煤样，同时提供实验所需应力环境， 既可W实现对煤样施加围压，又可W实现对煤样施加轴压。抽真空装置用于对煤样进行抽 真空操作，排除杂质气体等对实验可能造成的影响。计量和数据采集装置中的气体体积流 量计19用于计量渗流的瓦斯气体流量大小。计量和数据采集装置用于对整个实验过程的 数据变化进行监控和采集。
[0030] 本实用新型提供的实验系统能实现如下主要实验功能：
[0031] (1)不同S维应力状态下含瓦斯煤渗流实验；
[0032] (2)冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验；
[0033] (3)冲击载荷作用下含瓦斯煤力学实验。
[0034] 使用上述系统进行冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验的方法，其包括如下步骤：
[0035] 1)连接好实验系统，并检测实验系统的气密性检测；具体为；关闭第五阀口 4、第 一阀口 7、第四阀口 10,将S通阀15接通高压气源装置和煤样固定装置1。打开第二阀口 8、 第=阀口 9,给实验系统施加一个较小的轴压和围压(大小相同)，防止充气过程中，密封胶 套与缸体存在空隙导致漏气。然后打开第一阀口 7,调节减压阀3,向管道内充入一定压力 的瓦斯气体后记录此时第一气压表11、第二气压表14和第一液压表12、第二液压表13的 读数，同时关闭第一阀口 7并放置24小时，观察各表的读数是否发生变化。若压力表读数 一致且不下降，表明系统气密性良好，否则进行调试，直到系统气密性良好为止。
[0036] 2)实验准备：取一准备好的实验煤样1-10(尺寸在050X50mm左右)，放入干燥 箱中恒温干燥处理，W消除水分对实验结果造成的影响。取出、冷却后对煤样进行测量和称 重记录。
[0037] 3)固定煤样；旋下煤样固定装置1中的承压挡板1-14和密封垫1-13,将准备好的 实验煤样1-10放入密封胶套1-9内，然后安装好煤样固定装置1。
[003引 4)真空脱气；在保证系统连接正确，气密性良好的情况下，打开抽真空装置对煤样 进行真空脱气处理，W排除煤样和系统中其它气体对实验结果可能造成的影响。具体为：关 闭第一阀口 7、第四阀口 10,将S通阀15接通抽真空装置和煤样固定装置1。打开第二阀 口 8、第=阀口 9,给实验系统施加一个较小的轴压和围压(大小相同)，防止抽真空过程中， 密封胶套与缸体存在空隙导致漏气。然后打开第五阀口 4和真空累16,对整个实验系统进 行抽真空操作，直到实验系统内部达到要求的负压(小于50Pa)时，关闭第五阀口 4,将S通 阀15接通高压气源装置和煤样固定装置1，然后关闭真空累16。关闭真空累16后实验系 统真空度在3小时内一直保持稳定，即完成真空脱气。
[0039] 5)提供S维应力环境；真空脱气处理完成后，打开第二阀口 8和第S阀口 9,调 节第一压力调节阀5和第二压力调节阀6,利用轴压油累17、围压油累18通过轴压注油口 1-15和围压注油口 1-17对煤样施加预定的轴压和围压，加载完成后关闭第二阀口 8和第= 阀口 9。
[0040] 6)冲击渗流过程；向煤样中充入预定压力的瓦斯气体，同时开启计量和数据采集 装置，稳定后利用分离式霍普金森压杆装置21对煤样固定装置施加冲击载荷，同时计量并 采集数据；
[0041] 打开第一阀口 7,调节减压阀3向实验煤样1-10中充入预定压力的瓦斯气体，同时 打开第四阀口 10计量并采集数据。稳定W后利用分离式霍普金森压杆装置21对煤样固定 装置施加冲击载荷（即用霍普金森压杆撞击轴向加载杆1-1)，同时利用压力传感器1-2和 位移传感器1-3测得此时的冲击压力和煤样发生的轴向位移，计量并采集数据。
[0042] 7)实验数据处理；利用拟压法评估实验过程中含瓦斯煤渗流渗透率大小，公式具 体如下：
[0043]
【主权项】
1. 一种冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其特征在于，包括煤样固定装置、冲击 载荷加载装置和与煤样固定装置相连接的高压气源装置、轴压加载装置、围压加载装置、抽 真空装置以及计量和数据采集装置；所述冲击载荷加载装置为分离式霍普金森压杆装置； 所述高压气源装置由顺次连接的高压瓦斯罐、减压阀、第一阀门、第一气压表和三通阀组 成，三通阀的另外两端通过管路分别连接抽真空装置和煤样固定装置的气体入口；所述轴 压加载装置由顺次连接的轴压油泵、第一压力调节阀、第二阀门和第一液压表组成，所述第 一液压表通过管路与煤样固定装置的轴压注油口相连接；所述围压加载装置由顺次连接的 围压油泵、第二压力调节阀、第三阀门和第二液压表组成，所述第二液压表通过管路与煤样 固定装置的围压注油口相连接；所述计量和数据采集装置由顺次连接的数据采集系统、气 体体积流量计、第四阀门和第二气压表组成，所述第二气压表与煤样固定装置的气体出口 相连接。
2. 如权利要求1所述的冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其特征在于，所述煤 样固定装置由煤样室和固定于煤样室上方的轴压缸体组成；所述轴压缸体内设有带压力传 感器的轴向加载杆，轴向加载杆的一端伸出轴压缸体外且与分离式霍普金森压杆装置处于 同一水平面，另一端伸入煤样室内，轴向加载杆的中部设有与轴向加载杆相垂直的密封板， 密封板的两端通过密封圈与轴压缸体的内壁密封连接；所述轴压缸体上方设有位移传感 器，轴压缸体的侧壁设有两个轴压注油口，两个轴压注油口分别位于密封板的上、下方，轴 压缸体的侧壁还开设有气体入口；所述煤样室包括位于煤样室底部的可拆卸承压挡板和位 于煤样室内部设有中空煤样型腔的密封胶套，密封胶套外侧壁开设有凹槽且该凹槽与煤样 室内侧壁形成环形围压油腔，煤样置于密封胶套的中空煤样型腔内且与环形围压油腔相隔 离，密封胶套的下方设置密封垫；煤样型腔的顶部设有第一多孔板，煤样型腔的底部设有第 二多孔板，轴压缸体的气体入口通过轴向加载杆内部的气体管路与煤样型腔顶部的第一多 孔板相连通，伸入煤样室的轴向加载杆的端部与第一多孔板压接；煤样室侧壁设有围压注 油口和气体出口，煤样室的气体出口通过承压挡板内部的气体管路与煤样型腔底部的第二 多孔板相连通。
3. 如权利要求1所述的冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其特征在于，所述抽 真空装置由顺次连接的真空泵和第五阀门组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统，其包括煤样固定装置、冲击载荷加载装置和与煤样固定装置相连接的高压气源装置、轴压加载装置、围压加载装置、抽真空装置以及计量和数据采集装置；所述冲击载荷加载装置为分离式霍普金森压杆装置。本实用新型采用分离式霍普金森压杆装置施加冲击载荷来模拟冲击地压，通过施加不同的轴向应力和径向应力，可以模拟煤矿井下煤岩体三维受载条件，成功进行了三维应力状态下煤样在冲击载荷作用下的渗流实验，在理论和实践上都具有比较重要的意义。
【IPC分类】G01N15-08
【公开号】CN204613072
【申请号】CN201520349249
【发明人】王登科, 付启超, 彭明, 夏玉玲, 徐向宇, 王洪磊
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月27日