一种煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测定装置和方法，其装置包括由上端件、中间件、下端件、传力压头构成的恒容加载系统，由气瓶、真空泵和定量瓶构成的注气系统，由水箱、加热线和温控仪构成的恒温控制系统和由数据记录仪、声发射采集仪、防水绝对式压力传感器、声发射探头和位移计构成的数据实时采集系统。该装置可真实模拟地下含瓦斯煤在原游离瓦斯环境下受载破坏吸附/解吸瓦斯情况；补容室与加载装置成一体，结构简单密封性好；加载室容积减小与补容室容积增大同步进行，确保恒容加载；用限位螺母实现加载过程位移逐级限位，避免试件失稳导致加载轴突然下降使试件破裂过程失控；通过注气系统可精确地测出试件初始瓦斯吸附量及受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量。
【技术实现步骤摘要】
用于煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量的测定装置及方法
本专利技术涉及采矿试验装置，特别是一种用于含瓦斯煤岩受载破裂过程中吸附/解吸瓦斯量的测定装置及方法。
技术介绍
煤矿开采过程中，煤与瓦斯突出是造成煤矿人身和财产安全的重大事故。研究表明，含瓦斯煤在受载破裂过程中发生瓦斯吸附和解吸现象是导致煤与瓦斯突出的主要原因之一，目前对这一现象的发生规律尚不明确。为了研究含瓦斯煤岩受载破裂过程中吸附和解吸瓦斯的规律，需要对煤岩受载破裂过程中吸附和解吸瓦斯的量进行测定。申请号为201510055670.8的中国专利文献公开了一种恒容含瓦斯煤气固耦合物理力学参数试验装置。该装置是在煤样吸附一定瓦斯量后，排出煤样周围的游离瓦斯，然后用排水法或容量法测定煤体在不同受载情况下的瓦斯解吸量。这种方法与地下含瓦斯煤在原游离瓦斯环境下受载破坏吸附/解吸瓦斯的实际情况不符，用其测得的数据作为研究地下含瓦斯煤在原游离瓦斯环境下受载破坏吸附/解吸瓦斯的规律也就不够准确。另外，该试验装置在对煤样加载过程中虽然考虑到了恒容加载(为避免加载过程中因加载轴进入加载空间使加载空间体积减小，改变加载空间内瓦斯压力，造成实验误差)，但其恒容系统中的补容室与加载室为平行分立，结构不但复杂，而且补容室极易产生偏心，导致气体泄露；同时补容室容积增大与加载室容积减小易出现不同步情况，影响试验数据的准确性。再有，该试验装置在位移加载过程中无位移逐级限位机构，因煤岩具有一定的弹性，在对煤岩加载过程中，当煤岩弹性无法支撑加载所施加力时，煤岩试件会突然屈服破坏，煤岩失稳，此时无限位机构，加载所施加位移无法定量控制，加载轴会突然下降，使煤岩试件破裂过程失控，导致实验失败。还有，该试验装置采取用瓦斯气瓶直接对加载室注气，无法精准地确定瓦斯的注气量和煤样初始吸附瓦斯量，由此产生的误差使试验数据不准确。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种可真实模拟地下含瓦斯煤在原游离瓦斯环境下受载破坏吸附/解吸瓦斯情况、加载装置的恒容系统结构简单可靠、位移加载过程中位移可逐级限位、能精确测得煤岩初始吸附瓦斯量的用于煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量的测定装置及利用该装置进行煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量的测定方法。本专利技术提供的煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测定装置，包括：恒容加载系统、注气系统、恒温控制系统和数据实时采集系统；所述恒容加载系统包括上端件、中间件、下端件和传力压头；上端件、中间件和下端件分别通过螺栓B和螺栓C相互固定连接成一体，上端件和中间件套接，通过密封圈D密封，中间件和下端件通过密封圈A密封形成加载室，加载室的下部有进气口，加载室的上部安装航插，加载室底部中心处有嵌入下端件开设的定位凹槽中的试件定位垫片；所述中间件的上部内孔直径大于上端件的内孔直径，下部内孔直径与上端件内孔直径相同；所述传力压头置于上端件和中间件的内孔中，传力压头的上部与上端件的内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的中部直径大于上部直径，与中间件的上部内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的下部与中间件的下部内孔孔壁密封滑动连接；在传力压头中部的上部形成环形补容室，补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，补容室通过纵向开设在中间件一侧侧壁中的通气道与所述加载室连通，由补容室、通气道和加载室共同构成恒容系统；在传力压头中部的下部有传力压头行程空间，传力压头行程空间通过横向开设在中间件另一侧侧壁中的排气孔(40)与大气相通；所述传力压头的上端有与其固定连接的控板；在所述上端件的上端有与上端件螺纹连接的限位螺母，在控板按位移向下加载过程中，通过手动旋转限位螺母在上端件螺纹上的升降可对控板加载位移进行逐级限位；所述注气系统包括气瓶、真空泵和定量瓶；气瓶通过管线、针型阀A和针型阀B与三通阀A的一端相接，真空泵通过管线和针型阀C与三通阀A的另一端相接，三通阀A的第三端通过管线与三通阀B的一端相接，三通阀B的另一端通过管线和针型阀D与定量瓶相接，三通阀B的第三端通过管线与三通阀C的一端相接，三通阀C的另一端通过管线和针型阀E与所述加载室下部的进气口相接；从而构成可由真空泵分别对气瓶和恒容系统抽真空、由气瓶向定量瓶充瓦斯气体和定量瓶向恒容系统注入瓦斯的注气系统；所述恒温控制系统包括水箱、加热线和温控仪；加热线沿水箱的内壁均匀布置，上端与温控仪相接；水箱底部有分别放置所述定量注气系统的定量瓶和恒容加载系统的下端件的中空底座A和中空底座B；所述数据实时采集系统包括数据记录仪、声发射采集仪、防水绝对式压力传感器、声发射探头和位移计；数据记录仪通过导线分别与防水绝对式压力传感器和位移计相接；防水绝对式压力传感器通过管线与所述三通阀C的第三端相接；位移计下端置于安装在上端件侧部上端的位移计卡槽中，位移计上端与所述控板相接触；声发射采集仪通过导线和安装在加载室上部的航插与声发射探头相接，声发射探头粘结在煤岩试件的侧面上。利用上述煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测定装置进行煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量的测定方法，包括以下步骤：步骤1：按以下顺序组装装置1)将水箱置于反力架底板中心位置；2)将中空底座置于水箱中；3)将定量瓶和下端件分别置于中空底座上；4)将试件定位垫片置于下端件底面的定位凹槽中；5)把与煤岩试件形状和体积相同的不锈钢标准件竖直放在试件定位垫片上；6)连接声发射探头导线到航插插头；7)把装好密封圈的中端件通过螺栓C固定在下端件上；8)将所有密封圈都安装到所属位置；9)安装传力压头，并使其底面与不锈钢标准件相接触；10)用螺栓B把上端件固定到中端件上；11)将限位螺母装配在上端件的上部；12)通过螺栓A将控板安装在传力压头的上端；13)把用于位移加载的机械千斤顶置于控板上，使之可通过配合顶部的反力架对控板施加位移加载；14)把位移计安装在中间件侧面的定位槽中，上端接触控板；15)连接位移计导线到数据记录仪，连接防水绝对式压力传感器导线到数据记录仪，连接声发射探头导线到声发射采集仪；16)防水绝对式压力传感器通过管线与三通阀C第三端连接；17)连接好加热线和温控仪；18)向水箱加水至水位高出补容室；19)开启温控仪电源开关对水加热，并保持水温恒定；步骤2：利用步骤1组装好的装置测定恒容系统容积1)通过测量定量瓶尺寸和与定量瓶相连接的一截管线的内径及长度，计算出定量瓶及其管线的容积V1；2)操作相关针型阀，使真空泵只对定量瓶抽真空；3)开启真空泵，对定量瓶抽真空；4)8小时后，关闭真空泵；5)缓慢开启气瓶，对定量瓶注气，注入一定量后，关闭气瓶；6)等待8小时，待充入定量瓶的气体温度稳定后，读取数据记录仪此时防水绝对式压力传感器的压力值f1；7)关闭控制定量瓶的阀门；8)由计算出的定量瓶及其管线的容积V1和数据记录仪记录的防水绝对式压力传感器的压力值f1，根据实际气体状态方程计算出定量瓶及其连接管线中的气体物质的量m1；9)开启连接真空泵的针形阀，排出与真空泵相接管线中的剩余气体；10)操作相关针形阀，使加载室与真空泵接通；11)开启真空泵，对恒容系统抽真空；12)8小时后，关闭与真空泵相连管线的阀门；13)操作相关阀门，使定量瓶接通加载室，定量瓶中的气体注入到恒容系统中；14)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测定装置，包括：恒容加载系统、注气系统、恒温控制系统和数据实时采集系统；其特征在于：所述恒容加载系统包括上端件(38)、中间件(39)、下端件(47)和传力压头(35)；上端件、中间件和下端件分别通过螺栓B(36)和螺栓C(41)相互固定连接成一体，上端件和中间件套接，通过密封圈D(37)密封，中间件和下端件通过密封圈A(22)密封形成加载室(20)，加载室的下部有进气口(18)，加载室的上部安装航插(43)，加载室底部中心处有嵌入下端件开设的定位凹槽(46)中的试件定位垫片(45)；所述中间件的上部内孔直径大于上端件的内孔直径，下部内孔直径与上端件内孔直径相同；所述传力压头置于上端件和中间件的内孔中，传力压头的上部与上端件的内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的中部直径大于上部直径，与中间件的上部内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的下部与中间件的下部内孔孔壁密封滑动连接；在传力压头中部的上部形成环形补容室(28)，补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，补容室通过纵向开设在中间件一侧侧壁中的通气道(23)与所述加载室连通，由补容室、通气道和加载室共同构成恒容系统；在传力压头中部的下部有传力压头行程空间(24)，传力压头行程空间通过横向开设在中间件另一侧侧壁中的排气孔(40)与大气相通；所述传力压头的上端有与其固定连接的控板(32)；在所述上端件的上端有与上端件螺纹连接的限位螺母(34)，在控板按位移向下加载过程中，通过手动旋转限位螺母在上端件螺纹上的升降可对控板加载位移进行逐级限位；所述注气系统包括气瓶(1)、真空泵(8)和定量瓶(7)；气瓶通过管线、针型阀A(2)和针型阀B(10)与三通阀A(12)的一端相接，真空泵通过管线和针型阀C(11)与三通阀A的另一端相接，三通阀A的第三端通过管线与三通阀B的一端相接，三通阀B的另一端通过管线和针型阀D(14)与定量瓶相接，三通阀B的第三端通过管线与三通阀C(19)的一端相接，三通阀C的另一端通过管线和针型阀E(16)与所述加载室下部的进气口(18)相接；从而构成可由真空泵分别对气瓶和恒容系统抽真空、由气瓶向定量瓶充瓦斯气体和定量瓶向恒容系统注入瓦斯的注气系统；所述恒温控制系统包括水箱(4)、加热线(6)和温控仪(5)；加热线沿水箱的内壁均匀布置，上端与温控仪相接；水箱底部有分别放置所述定量注气系统的定量瓶和恒容加载系统的下端件的中空底座A(15)和中空底座B(17)；所述数据实时采集系统包括数据记录仪(9)、声发射采集仪(33)、防水绝对式压力传感器(26)、声发射探头(44)和位移计(30)；数据记录仪通过导线分别与防水绝对式压力传感器和位移计相接；防水绝对式压力传感器通过管线与所述三通阀C的第三端相接；位移计下端置于安装在上端件侧部上端的位移计卡槽(25)中，位移计上端与所述控板相接触；声发射采集仪通过导线和安装在加载室上部的航插(43)与声发射探头相接，声发射探头粘结在煤岩试件(21)的侧面上。...
【技术特征摘要】
1.煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测定装置，包括：恒容加载系统、注气系统、恒温控制系统和数据实时采集系统；其特征在于：所述恒容加载系统包括上端件(38)、中间件(39)、下端件(47)和传力压头(35)；上端件、中间件和下端件分别通过螺栓B(36)和螺栓C(41)相互固定连接成一体，上端件和中间件套接，通过密封圈D(37)密封，中间件和下端件通过密封圈A(22)密封形成加载室(20)，加载室的下部有进气口(18)，加载室的上部安装航插(43)，加载室底部中心处有嵌入下端件开设的定位凹槽(46)中的试件定位垫片(45)；所述中间件的上部内孔直径大于上端件的内孔直径，下部内孔直径与上端件内孔直径相同；所述传力压头置于上端件和中间件的内孔中，传力压头的上部与上端件的内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的中部直径大于上部直径，与中间件的上部内孔孔壁密封滑动连接；传力压头的下部与中间件的下部内孔孔壁密封滑动连接；在传力压头中部的上部形成环形补容室(28)，补容室的横截面面积与传力压头伸入加载室部分的横截面面积相同，补容室通过纵向开设在中间件一侧侧壁中的通气道(23)与所述加载室连通，由补容室、通气道和加载室共同构成恒容系统；在传力压头中部的下部有传力压头行程空间(24)，传力压头行程空间通过横向开设在中间件另一侧侧壁中的排气孔(40)与大气相通；所述传力压头的上端有与其固定连接的控板(32)；在所述上端件的上端有与上端件螺纹连接的限位螺母(34)，在控板按位移向下加载过程中，通过手动旋转限位螺母在上端件螺纹上的升降可对控板加载位移进行逐级限位；所述注气系统包括气瓶(1)、真空泵(8)和定量瓶(7)；气瓶通过管线、针型阀A(2)和针型阀B(10)与三通阀A(12)的一端相接，真空泵通过管线和针型阀C(11)与三通阀A的另一端相接，三通阀A的第三端通过管线与三通阀B的一端相接，三通阀B的另一端通过管线和针型阀D(14)与定量瓶相接，三通阀B的第三端通过管线与三通阀C(19)的一端相接，三通阀C的另一端通过管线和针型阀E(16)与所述加载室下部的进气口(18)相接；从而构成可由真空泵分别对气瓶和恒容系统抽真空、由气瓶向定量瓶充瓦斯气体和定量瓶向恒容系统注入瓦斯的注气系统；所述恒温控制系统包括水箱(4)、加热线(6)和温控仪(5)；加热线沿水箱的内壁均匀布置，上端与温控仪相接；水箱底部有分别放置所述定量注气系统的定量瓶和恒容加载系统的下端件的中空底座A(15)和中空底座B(17)；所述数据实时采集系统包括数据记录仪(9)、声发射采集仪(33)、防水绝对式压力传感器(26)、声发射探头(44)和位移计(30)；数据记录仪通过导线分别与防水绝对式压力传感器和位移计相接；防水绝对式压力传感器通过管线与所述三通阀C的第三端相接；位移计下端置于安装在上端件侧部上端的位移计卡槽(25)中，位移计上端与所述控板相接触；声发射采集仪通过导线和安装在加载室上部的航插(43)与声发射探头相接，声发射探头粘结在煤岩试件(21)的侧面上。2.利用权利要求1所述煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量测定装置进行煤岩受载破裂过程吸附/解吸瓦斯量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按以下顺序组装装置1)将水箱置于反力架底板中心位置；2)将中空底座置于水箱中；3)将定量瓶和下端件分别置于中空底座上；4)将试件定位垫片置于下端件底面的定位凹槽中；5)把与煤岩试件形状和体积相同的不锈钢标准件竖直放在试件定位垫片上；6)连接声发射探头导线到航插插头；7)把装好密封圈的中端件通过螺栓C固定在下端件上；8)将所有密封圈都安装到所属位置；9)安装传力压头，并使其底面与不锈钢标准件相接触；10)用螺栓B把上端件固定到中端件上；1...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙维吉，李蕾，秦冰，汪北方，王庆成，李存洲，郝建峰，毕名娟，申生太，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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