CN104007250A - 可视化三轴渗流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可视化三轴渗流实验装置，顶板和底座通过竖直穿设的螺栓连接在一起，该顶板和底座之间设置有圆筒状的丙烯玻璃，顶板内竖向穿设有加载杆，该加载杆的下端伸入到丙烯玻璃内，上端伸出顶板上方与压力装置相连，底座内设置有充排液管路，该充排液管路的上端与丙烯玻璃内部相通，充排液管路的下端与液压系统相通，底座内还设置有充气管和出气管，该充气管和出气管的一端均伸入到丙烯玻璃内，充气管的另一端连接底座外部的高压气瓶，出气管的另一端连接底座外部的流量测试装置。本发明能够直观地观测和记录煤岩在三轴状态下瓦斯渗流时的动态破坏过程，同时还具有观测精度高、结构简单、适配性强等特点。

Description

可视化三轴渗流装置

技术领域

本发明涉及一种实验装置，特别是涉及一种煤岩在三轴状态下渗流过程变形破坏的可视化实验装置。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿生产中经常遇到的一种极为复杂的矿井动力现象，其爆发时间短、不可预知性和损害大等特点严重影响煤矿高效、安全生产和煤炭工业的健康发展。从世界上第一次有记录的煤与瓦斯突出事故以来，国内外广大学者对煤与瓦斯突出机理的研究投入了大量工作，目前较为普遍认同的是地应力、瓦斯及煤岩物理力学性质三者共同作用的综合作用假说，认为煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯与煤岩物理力学性质之间相互耦合共同作用的结果。瓦斯渗透率是煤岩渗透瓦斯能力大小量度的物性参数，也是含瓦斯煤体多孔介质流体力学的重要参数。煤层瓦斯渗透率在三轴压力作用下随煤体破坏过程的演化规律研究对搞清煤与瓦斯突出过程瓦斯运移演化机理具有重要指导作用。

目前，已有的设备在测试煤岩在地应力作用或者地应力、瓦斯共同作用下煤岩物理力学性质、瓦斯渗流流量反映煤体物性参数及间接说明煤岩状态过程的观测手段单一，无法直观观测煤岩体瓦斯渗流过程在应力作用下破坏形态。总而言之，目前还缺乏一种有效可靠的可视化实验装置，直观观测含瓦斯煤岩单轴、三轴等受力状态渗流作用下破坏形态。

因此本领域技术人员致力于开发一种煤岩在三轴状态下的可视化瓦斯渗流实验装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供煤岩在三轴状态下的可视化瓦斯渗流实验装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种可视化三轴渗流装置，包括上下平行设置的顶板(1)和底座(2)，所述顶板(1)和底座(2)通过竖直穿设的螺栓(3)连接在一起，该顶板(1)和底座(2)之间设置有圆筒状的丙烯玻璃(4)，且该丙烯玻璃(4)的上下两端分别被顶板(1)和底座(2)封闭，所述顶板(1)内竖向穿设有加载杆(5)，该加载杆(5)的下端伸入到丙烯玻璃(4)内，上端伸出顶板(1)上方与压力装置(18)相连，所述加载杆(5)的下端连接有压头(12)，该压头(12)内设置有上部气体通道(12a)，所述上部气体通道(12a)的一端开设在压头(12)的底部，另一端开设在压头(12)的侧面，所述顶板(1)内设置有排气孔(6)，该排气孔(6)的上端与顶板(1)外部相通，且被开关阀(22)封闭，排气孔(6)的下端与丙烯玻璃(4)内部相通，所述底座(2)内设置有充排液管路(21)，该充排液管路(21)的上端与丙烯玻璃(4)内部相通，充排液管路(21)的下端与液压系统接口(7)相通，所述底座(2)上表面设置有凹槽，在凹槽内放置有垫块(11)，该垫块(11)位于丙烯玻璃(4)内，所述垫块(11)内开设有下部气体通道(11a)，所述下部气体通道(11a)的一端开设在垫块(11)的顶部，另一端开设在垫块(11)的侧面，所述底座(2)内还设置有充气管(8)和出气管(9)，该充气管(8)的一端伸入到丙烯玻璃(4)内与压头(12)内的上部气体通道(12a)相通，另一端伸出底座(2)外设置有高压气瓶接口(20)，出气管(9)的一端伸入到丙烯玻璃(4)内与垫块(11)内的下部气体通道(11a)相通，另一端伸出底座(2)外设置有流量测试装置接口(10)。

使用上述结构的实验装置进行实验时，先取下顶板，将试件放置到丙烯玻璃内的垫块上，然后盖上顶板，用螺栓将顶板和底座固定，打开开关阀，然后对充气管和排气管进行抽真空处理后通过液压系统对丙烯玻璃充液压油，为实验试件提供一定围压，充油的同时将丙烯玻璃内部的气体通过排气孔排出，当丙烯玻璃内部空间被液压油充满后，关闭开关阀。最后通过高压气瓶对充气管充入一定压力瓦斯气体，瓦斯气体通过充气管进入到压头内的上部气体通道内，再从试件的上方向下渗流，依次从下部气体通道和排气管排出。待瓦斯气体的充入和排出达到平衡后，通过顶板上方的压力装置加载加载杆对实验试件提供轴向压力，从而形成对试件的三轴受力，在此同时，通过流量测试装置记录瓦斯渗流流量，同时通过透明的丙烯玻璃可以直观观测到煤岩瓦斯渗流过程的动态破坏特征。

所述上部气体通道(12a)的下端设置有蜂窝状气孔(13)，该蜂窝状气孔(13)的开口向下，在下部气体通道(11a)的上端也设置有相同结构的蜂窝状气孔(13)，该蜂窝状气孔(13)的开口向上。蜂窝状气孔能够是瓦斯气体能够均匀的从试件内部从上往下渗流。

所述丙烯玻璃(4)还设置有透明热缩管(15)，该透明热缩管(15)设置在压头(12)和垫块(11)之间，且该透明热缩管(15)的上下两端分别套在压头(12)下端和垫块(11)上端。实验时，先将试件四周表面均匀涂抹透明硅胶，待透明硅胶在室温条件下自然干后将试件套入到透明热缩管内，用风机对热缩管加热，使其紧贴试件表面，再将透明热缩管的上下两端分别套在压头下端和垫块上端。这种结构能够保证试件围压的同时，使外部的液压气体不会渗如到试件内部影响测量精度。

所述丙烯玻璃(4)上下断面与顶板(1)和底座(2)之间布置有密封圈(16)，所述加载杆(5)与顶板(1)的接触面上也设置有密封圈(16)。

为了记录下煤岩瓦斯渗流过程的动态破坏过程，所述丙烯玻璃(4)外侧设置有三台摄像机(17)，三台摄像机(17)均对准丙烯玻璃(4)中心，且呈三角形布置。

所述排气孔(6)的下端为下大上小的三角形，排气孔能够方便丙烯玻璃内部气体汇聚和排出。

本发明的有益效果是：本发明能够直观的观测和记录煤岩在三轴状态下瓦斯渗流时的动态破坏过程，同时还具有观测精度高、结构简单、适配性强等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是压头的结构示意图。

图4是图3的仰视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1、图2、图3和图4所示，包括顶板1、底座2、螺栓3、丙烯玻璃4、加载杆5、排气孔6、液压系统接口7、充气管8、出气管9、流量测试装置接口10、垫块11、压头12、蜂窝状气孔13、透明热缩管15、密封圈16、摄像机17、压力装置18、高压气瓶接口20、充排液管路21和开关阀22等部件，所述顶板1和底座2通过竖直穿设的螺栓3连接在一起，该顶板1和底座2之间设置有圆筒状的丙烯玻璃4，且该丙烯玻璃4的上下两端分别被顶板1和底座2封闭。所述顶板1内竖向穿设有加载杆5，该加载杆5的下端伸入到丙烯玻璃4内，上端伸出顶板1上方与压力装置18相连，所述加载杆5的下端连接有压头12，该压头12内设置有上部气体通道12a，所述上部气体通道12a的下端开设在压头12的底部，上端开设在压头12的侧面，且在上部气体通道12a的下端设置有蜂窝状气孔13，该蜂窝状气孔13的开口向下。所述顶板1内设置有排气孔6，该排气孔6的上端与顶板1外部相通，且被开关阀22封闭，排气孔6的下端与丙烯玻璃4内部相通，且排气孔6的下端为下大上小的三角形。所述底座2内设置有充排液管路21，该充排液管路21的上端与丙烯玻璃4内部相通，充排液管路21的下端与液压系统接口7相通，所述底座2上表面设置有凹槽，在凹槽内放置有垫块11，该垫块11位于丙烯玻璃4内，所述垫块11内开设有下部气体通道11a，所述下部气体通道11a的一端开设在垫块11的顶部，另一端开设在垫块11的侧面，在下部气体通道11a的上端也设置蜂窝状气孔13，该蜂窝状气孔13的开口向上。所述底座2内还设置有充气管8和出气管9，该充气管8的一端伸入到丙烯玻璃4内与压头12内的上部气体通道12a相通，另一端伸出底座2外设置有高压气瓶接口20，出气管9的一端伸入到丙烯玻璃4内与垫块11内的下部气体通道11a相通，另一端伸出底座2外设置有流量测试装置接口10。

由图1进一步可知，所述丙烯玻璃4内还设置有透明热缩管15，该透明热缩管15设置在压头12和垫块11之间，且该透明热缩管15的上下两端分别套在压头12下端和垫块11上端。

如图1所示，所述丙烯玻璃4上下断面与顶板1和底座2之间布置有密封圈16，所述加载杆5与顶板1的接触面上也设置有密封圈16。

如图1所示所述丙烯玻璃4外侧设置有三台摄像机17，三台摄像机17均对准丙烯玻璃4中心，且呈三角形布置。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种可视化三轴渗流装置，其特征是：包括上下平行设置的顶板(1)和底座(2)，所述顶板(1)和底座(2)通过竖直穿设的螺栓(3)连接在一起，该顶板(1)和底座(2)之间设置有圆筒状的丙烯玻璃(4)，且该丙烯玻璃(4)的上下两端分别被顶板(1)和底座(2)封闭，所述顶板(1)内竖向穿设有加载杆(5)，该加载杆(5)的下端伸入到丙烯玻璃(4)内，上端伸出顶板(1)上方与压力装置(18)相连，所述加载杆(5)的下端连接有压头(12)，该压头(12)内设置有上部气体通道(12a)，所述上部气体通道(12a)的一端开设在压头(12)的底部，另一端开设在压头(12)的侧面，所述顶板(1)内设置有排气孔(6)，该排气孔(6)的上端与顶板(1)外部相通，且被开关阀(22)封闭，排气孔(6)的下端与丙烯玻璃(4)内部相通，所述底座(2)内设置有充排液管路(21)，该充排液管路(21)的上端与丙烯玻璃(4)内部相通，充排液管路(21)的下端与液压系统接口(7)相通，所述底座(2)上表面设置有凹槽，在凹槽内放置有垫块(11)，该垫块(11)位于丙烯玻璃(4)内，所述垫块(11)内开设有下部气体通道(11a)，所述下部气体通道(11a)的一端开设在垫块(11)的顶部，另一端开设在垫块(11)的侧面，所述底座(2)内还设置有充气管(8)和出气管(9)，该充气管(8)的一端伸入到丙烯玻璃(4)内与压头(12)内的上部气体通道(12a)相通，另一端伸出底座(2)外设置有高压气瓶接口(20)，出气管(9)的一端伸入到丙烯玻璃(4)内与垫块(11)内的下部气体通道(11a)相通，另一端伸出底座(2)外设置有流量测试装置接口(10)。

2.如权利要求1所述的可视化三轴渗流实验装置，其特征是：所述上部气体通道(12a)的下端设置有蜂窝状气孔(13)，该蜂窝状气孔(13)的开口向下，在下部气体通道(11a)的上端也设置有相同结构的蜂窝状气孔(13)，该蜂窝状气孔(13)的开口向上。

3.如权利要求1所述的可视化三轴渗流实验装置，其特征是：所述丙烯玻璃(4)内还设置有透明热缩管(15)，该透明热缩管(15)设置在压头(12)和垫块(11)之间，且该透明热缩管(15)的上、下两端分别套在压头(12)下端和垫块(11)上端。

4.如权利要求1所述的可视化三轴渗流实验装置，其特征是：所述丙烯玻璃(4)上下断面与顶板(1)和底座(2)之间布置有密封圈(16)，所述加载杆(5)与顶板(1)的接触面上也设置有密封圈(16)。

5.如权利要求1所述的可视化三轴渗流实验装置，其特征是：所述丙烯玻璃(4)外侧设置有三台摄像机(17)，三台摄像机(17)均对准丙烯玻璃(4)中心，且呈三角形布置。

6.如权利要求1所述的可视化三轴渗流实验装置，其特征是：所述排气孔(6)的下端为下大上小的三角形。