一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法。其中系统含冲击构件系统、排气系统、进气系统和溶蚀工作系统；冲击构件系统包括入射杆、透射杆、柔性贴片、煤样、钢腔、密封垫圈、销紧螺栓、螺母、YX型密封圈、压力传感器、压力表、数据采集仪、钢化玻璃、O型密封垫圈和螺栓；排气系统包括排气阀、真空泵；进气系统包括进气阀、电磁阀、减压阀、高压气瓶；溶蚀工作系统包括溶液箱、溶蚀液、加热器、第一闸阀、第一液泵、第一流量计、第二闸阀、第三闸阀、第二液泵、第二流量计、第四闸阀。通过本发明专利技术可以研究深部受环境温度影响下和地下水或水力化措施工作液溶蚀作用下的煤，在受到冲击动力作用后的响应特性，具有理论和工程实践意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及煤岩实验室实验研究
，尤其是涉及一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法。
技术介绍
在煤矿开采过程中，时常会遇到瓦斯爆炸、炸药爆炸、冲击地压等冲击载荷作用，由于物体在冲击载荷下的力学响应与静载荷下具有显著差异，必须考虑惯性效应和应变率效应，即了解煤岩在冲击载荷下的力学响应对煤矿开采和灾害防治具有重要意义。1914年，B.Hopkinson设计了HopkinsonPressureBar(简称HPB)，用以研究炸药爆炸或子弹射击入射杆端时的压力-时间关系。1949年，Kolsky把Hopkinson压杆变成分离式，用以研究材料在高应变率下的动态响应特性及其本构关系，形成分离式Hopkinson压杆技术(简称SHPB技术)；长期以来，其作为金属、陶瓷、橡胶、泡沫、混凝土、岩石等材料在高应变率下力学响应的一种有效实验手段。目前，已有很多学者借助于SHPB技术开展了动载荷下的实验方法和手段等研究，例如李夕兵等专利技术的动静组合加载岩石力学实验方法与装置(ZL200510032031.6)、陈荣等专利技术的压拉通用霍普金森杆装置(ZL200910044405.4)、刘战伟等专利技术的磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置(ZL201210367229.X)、孙光永等专利技术的一种霍普金森压杆实验装置(ZL201410128753.0)、李鹏南等专利技术的用于高温霍普金森压杆实验的快速加热装置(ZL201210567036.9)、苏灏扬等专利技术的用于大直径霍普金森压杆的环向加压装置(ZL201310566816.6)等。但是，对于煤的相关配套实验方法和手段相对较少，例如王登科等专利技术的冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统(ZL201520349249.3)等；对于深部受环境温度影响下和地下水或水力化措施工作液溶蚀作用下的煤，在受到冲击动力作用后的响应特性实验研究手段和方法还没有，所以，为了更好地研究煤在各种条件下的力学特性，有必要专利技术一种以SHPB为基础的含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法，其具有理论和工程实践意义。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法，通过掌握含瓦斯溶蚀煤的动态冲击响应特性，为煤矿相关工程施工和灾害防治提供依据。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其包括冲击构件系统、排气系统、进气系统和溶蚀工作系统；冲击构件系统包括入射杆、透射杆、柔性贴片、煤样、钢腔、密封垫圈、销紧螺栓、螺母、YX型密封圈、压力传感器、压力表、数据采集仪、钢化玻璃、O型密封垫圈和螺栓；排气系统包括排气阀、真空泵；进气系统包括进气阀、电磁阀、减压阀、高压气瓶；溶蚀工作系统包括溶液箱、溶蚀液、加热器、第一闸阀、第一液泵、第一流量计、第二闸阀、第三闸阀、第二液泵、第二流量计、第四闸阀；所述入射杆和透射杆通过YX型密封圈放置于钢腔两侧；所述煤样位于钢腔内，煤样一侧为柔性贴片和入射杆，另一侧为透射杆；所述钢腔分上下两部分并通过密封垫圈、销紧螺栓和螺母固定；所述压力传感器和压力表设置于钢腔顶部，压力传感器的数据通过数据采集仪进行采集；所述钢化玻璃通过O型密封垫圈和螺栓固定于钢腔上，用以实验时进行动态观测；所述真空泵与钢腔连接的管路上设置排气阀；所述高压气瓶与钢腔连接的管路上设置减压阀、电磁阀和进气阀；所述溶液箱内盛装由HF、HCl、H2SO4、KHSO4或HNO3配置PH为4～7的溶蚀液或由NaOH或KOH配置PH为7～10的溶蚀液，溶液箱一端设置加热器为溶蚀液加热，溶液箱另一端设置溶蚀液的出口和入口，溶液箱与钢腔连接的两条管路上分别设置了第一闸阀、第一液泵、第一流量计和第二闸阀，第三闸阀、第二液泵、第二流量计和第四闸阀。进一步，所述入射杆、柔性贴片、煤样和透射杆处同一直线上，入射杆位于钢腔自底部以上1/3处；所述柔性贴片为3～10mm铝片；所述钢腔的上下两部分分割于钢腔自顶部以下1/5处。进一步，所述进气阀和排气阀通过三通连接，排气系统和进气系统在三通与钢腔之间共用管路，且管路末端设于钢腔顶部。进一步，所述溶蚀工作系统中连接第一闸阀、第一液泵、第一流量计和第二闸阀的管路末端一侧位于溶液箱自底部以上10～20mm处并作为溶蚀液的出口，另一侧位于钢腔自顶部以下1/3处；所述溶蚀工作系统中连接第三闸阀、第二液泵、第二流量计和第四闸阀的管路末端一侧位于溶液箱自顶部以下10～20mm处并作为溶蚀液的入口，另一侧位于钢腔自底部以上10～15mm处并在钢腔至管路的入口处设置过滤网。一种利用含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统进行实验的方法，包括：1)将入射杆、透射杆、柔性贴片、煤样放置好后，在钢腔的上下两部分之间垫上密封垫圈，通过销紧螺栓和螺母密封固定；2)保持进气阀、第二闸阀和第三闸阀的关闭状态，打开排气阀，开启真空泵对钢腔进行抽真空，通过压力表观测符合实验要求后，关闭真空泵和排气阀；3)开启减压阀、电磁阀和进气阀，瓦斯从高压气瓶进入钢腔中，观测压力表示值，达到实验要求瓦斯压力后；①关闭减压阀、电磁阀和进气阀，同时打开数据采集仪采集压力传感器在煤样吸附瓦斯过程中的压力变化，6～30小时后，煤样充瓦斯结束，关闭数据采集仪；或者②保持减压阀、电磁阀和进气阀开启状态，6～30小时后，关闭减压阀、电磁阀和进气阀，煤样充瓦斯结束；4)将配置好的溶蚀液放于溶液箱中，开启加热器对溶蚀液加热至20～70℃；开启第一闸阀、第一液泵、第一流量计和第二闸阀，加热后的溶蚀液进入钢腔中，待溶蚀液淹没煤样后，开启第三闸阀、第二液泵、第二流量计和第四闸阀使溶蚀液按规定流量循环回流至溶液箱中，溶蚀液在溶液箱和钢腔中不断循环，既保持了溶蚀液的流动状态又保持了所处的温度环境；打开数据采集仪采集压力传感器在煤样在溶蚀过程中的压力变化；5)0.5～6天后，利用分离式霍普金森杆装置进行冲击加载，并通过钢化玻璃进行观测和记录实验过程；6)通过和既不吸附瓦斯又不溶蚀的煤样、只吸附瓦斯但不溶蚀的煤样的冲击加载实验的比较分析，得出含瓦斯溶蚀煤的动态冲击响应特性。本专利技术的有益效果是：通过本专利技术可以研究深部受环境温度影响下和地下水或水力化措施工作液溶蚀作用下的煤，在受到冲击动力作用后的响应特性，为煤矿相关工程施工和灾害防治提供依据，具有理论和工程实践意义。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为钢腔一侧的结构示意图。其中：1—入射杆；2—透射杆；3—柔性贴片；4—煤样；5—钢腔；6—密封垫圈；7—销<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，包括冲击构件系统、排气系统、进气系统和溶蚀工作系统；冲击构件系统包括入射杆(1)、透射杆(2)、柔性贴片(3)、煤样(4)、钢腔(5)、密封垫圈(6)、销紧螺栓(7)、螺母(8)、YX型密封圈(9)、压力传感器(10)、压力表(11)、数据采集仪(12)、钢化玻璃(41)、O型密封垫圈(42)和螺栓(43)；排气系统包括排气阀(13)、真空泵(14)；进气系统包括进气阀(15)、电磁阀(16)、减压阀(17)、高压气瓶(18)；溶蚀工作系统包括溶液箱(19)、溶蚀液(20)、加热器(21)、第一闸阀(31)、第一液泵(32)、第一流量计(33)、第二闸阀(34)、第三闸阀(35)、第二液泵(36)、第二流量计(37)、第四闸阀(38)；所述入射杆(1)和透射杆(2)通过YX型密封圈(9)放置于钢腔(5)两侧；所述煤样(4)位于钢腔(5)内，煤样(4)一侧为柔性贴片(3)和入射杆(1)，另一侧为透射杆(2)；所述钢腔(5)分上下两部分并通过密封垫圈(6)、销紧螺栓(7)和螺母(8)固定；所述压力传感器(10)和压力表(11)设置于钢腔(5)顶部，压力传感器(10)的数据通过数据采集仪(12)进行采集；所述钢化玻璃(41)通过O型密封垫圈(42)和螺栓(43)固定于钢腔(5)上，用以实验时进行动态观测；所述真空泵(14)与钢腔(5)连接的管路上设置排气阀(13)；所述高压气瓶(18)与钢腔(5)连接的管路上设置减压阀(17)、电磁阀(16)和进气阀(15)；所述溶液箱(19)内盛装由HF、HCl、H2SO4、KHSO4或HNO3配置PH为4～7的溶蚀液(20)或由NaOH或KOH配置PH为7～10的溶蚀液(20)，溶液箱(19)一端设置加热器(21)为溶蚀液(20)加热，溶液箱(19)另一端设置溶蚀液(20)的出口和入口，溶液箱(19)与钢腔(5)连接的两条管路上分别设置了第一闸阀(31)、第一液泵(32)、第一流量计(33)和第二闸阀(34)，第三闸阀(35)、第二液泵(36)、第二流量计(37)和第四闸阀(38)。...

【技术特征摘要】
1.一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，包括冲击构件系统、排气系统、进气
系统和溶蚀工作系统；冲击构件系统包括入射杆(1)、透射杆(2)、柔性贴片(3)、煤样(4)、
钢腔(5)、密封垫圈(6)、销紧螺栓(7)、螺母(8)、YX型密封圈(9)、压力传感器(10)、
压力表(11)、数据采集仪(12)、钢化玻璃(41)、O型密封垫圈(42)和螺栓(43)；排气
系统包括排气阀(13)、真空泵(14)；进气系统包括进气阀(15)、电磁阀(16)、减压阀(17)、
高压气瓶(18)；溶蚀工作系统包括溶液箱(19)、溶蚀液(20)、加热器(21)、第一闸阀(31)、
第一液泵(32)、第一流量计(33)、第二闸阀(34)、第三闸阀(35)、第二液泵(36)、第二
流量计(37)、第四闸阀(38)；所述入射杆(1)和透射杆(2)通过YX型密封圈(9)放置
于钢腔(5)两侧；所述煤样(4)位于钢腔(5)内，煤样(4)一侧为柔性贴片(3)和入射
杆(1)，另一侧为透射杆(2)；所述钢腔(5)分上下两部分并通过密封垫圈(6)、销紧螺栓
(7)和螺母(8)固定；所述压力传感器(10)和压力表(11)设置于钢腔(5)顶部，压力
传感器(10)的数据通过数据采集仪(12)进行采集；所述钢化玻璃(41)通过O型密封垫
圈(42)和螺栓(43)固定于钢腔(5)上，用以实验时进行动态观测；所述真空泵(14)与
钢腔(5)连接的管路上设置排气阀(13)；所述高压气瓶(18)与钢腔(5)连接的管路上设
置减压阀(17)、电磁阀(16)和进气阀(15)；所述溶液箱(19)内盛装由HF、HCl、H2SO4、
KHSO4或HNO3配置PH为4～7的溶蚀液(20)或由NaOH或KOH配置PH为7～10的溶蚀
液(20)，溶液箱(19)一端设置加热器(21)为溶蚀液(20)加热，溶液箱(19)另一端设
置溶蚀液(20)的出口和入口，溶液箱(19)与钢腔(5)连接的两条管路上分别设置了第一
闸阀(31)、第一液泵(32)、第一流量计(33)和第二闸阀(34)，第三闸阀(35)、第二液
泵(36)、第二流量计(37)和第四闸阀(38)。
2.根据权利要求1所述的一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，所述入射杆(1)、
柔性贴片(3)、煤样(4)和透射杆(2)处同一直线上，入射杆(1)位于钢腔(5)自底部
以上1/3处；所述柔性贴片(3)为3～10mm铝片；所述钢腔(5)的上下两部分分割于钢腔
(5)自顶部以下1/5处。
3.根据权利要求1所述的一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，所述进气阀(15)
和排气阀(13)通过三通连接，排气系统和进气系统在三通与钢腔(5)之间共用管路，且管
路末端设于钢腔(5...

【专利技术属性】
技术研发人员：李重情，刘泽功，穆朝民，刘健，张文清，张曦，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34