一種煤體吸附變形附加應力測定裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種煤體吸附變形附加應力測定裝置，包括吸附變形附加應力測試系統，吸附變形附加應力測試系統包括密封箱體，在密封箱體內設有剛性底座、剛性支撐架、可調節螺旋桿，剛性支撐架端部和可調節螺旋桿端部均設有剛性墊塊，在可調節螺旋桿靠近剛性墊塊的位置設有應力傳感器，供氣增壓系統、真空泵與密封箱體內連接，應力傳感器與數據采集器連接線連接應力傳感器和數據采集器，數據采集線連接溫度及壓力傳感器、溫度表、壓力表三和數據采集器，計算機連接數據采集器。本發明專利技術可以實現實時有效的觀察與記錄煤體吸附不同壓力不同氣體的吸附變形應力的大小，對吸附變形附加應力的準確測定對煤體滲透性模型的計算有著非常重大的意義。

【技術實現步驟摘要】
一種煤體吸附變形附加應力測定裝置
本專利技術涉及一種煤體吸附變形附加應力測定裝置，尤其適用于測定煤體在不同吸附氣體及不同吸附平衡壓力下吸附變形的附加應力的大小。
技術介紹
我國煤層埋深大，地應力高、煤層瓦斯含量、壓力高，煤層松軟且滲透性低，而煤層滲透性是控制煤層瓦斯抽采的主要因素，煤層瓦斯抽采是降低煤層瓦斯含量，消除突出危險性最主要的技術手段。而地應力是控制煤層滲透率的關鍵因素。因此，開展瓦斯抽采過程中應力特征研究對煤層瓦斯高效抽采開發具有重要意義。煤體由裂隙-基質(孔隙)組成的雙重孔隙介質，且煤體對于很多氣體具有較強的吸附能力。由于煤體自身結構的特性導致在瓦斯與常規油氣相比在開采時有著顯著的不同，隨著瓦斯從煤中抽采出來，與常規油氣相同是裂隙內的孔隙壓力會逐漸下降，而不同的是煤基質內吸附的大量瓦斯會擴散滲流出來，導致煤基質的體積收縮，如果向煤層中注入氣體，作用相反，孔隙壓力增大，氣體向鉆孔周圍煤體擴散滲流，煤基質的膨脹，那么在地層內相對封閉(約束)的條件下，煤的基質局部不均勻變形會產生一種額外的附加應力。這種附加應力是由于煤層在與外界環境物質相互作用(吸附/解吸、升溫/降溫、礦物溶解/沉淀等)的過程中由于煤基質各部分之間的變形不均勻和煤層所處的應力邊界限制了各處變形的自由發展，變形體內出現的互相制約、互相平衡而符號相反的內應力，這種不是由外載荷導致的應力稱為附加應力，附加應力是一種體積應力。目前，國內外眾多學者煤基質變形附加應力及其測試裝置的研究十分有限。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的是提供一種煤體吸附變形附加應力測定裝置，能夠有效的測量煤體吸附氣體變形后產生的附加應力大小，以便以后在對煤層的滲透性以及煤與瓦斯突出研究提供有效的數據。為了實現上述目的，本專利技術采用了如下的技術方案：一種煤體吸附變形附加應力測定裝置，包括供氣增壓系統、真空泵、吸附變形附加應力測試系統、溫度表、壓力表三、數據采集器和計算機；所述吸附變形附加應力測試系統包括密封箱體、接口一、接口二、接口三、接口四、剛性底座、剛性支撐架、剛性墊塊、應力傳感器、可調節螺旋桿、應力傳感器與數據采集器連接線、溫度及壓力傳感器和數據采集線，在密封箱體內底部設有剛性底座，在密封箱體內相鄰的兩側壁設有剛性支撐架，在密封箱體內另外兩側壁以及密封箱體內頂部設有可調節螺旋桿，剛性支撐架端部和可調節螺旋桿端部均設有剛性墊塊，在可調節螺旋桿靠近剛性墊塊的位置設有應力傳感器，密封箱體上開設有接口一、接口二、接口三和接口四，供氣增壓系統通過接口一與密封箱體內連接，真空泵通過接口二與密封箱體內連接，應力傳感器與數據采集器連接線一端連接應力傳感器，應力傳感器與數據采集器連接線另一端通過接口三連接數據采集器，數據采集線一端與設置在密封箱體內的溫度及壓力傳感器連接，數據采集線另一端通過接口四連接溫度表、壓力表三和數據采集器，計算機連接數據采集器。本專利技術中，優選的，所述供氣增壓系統包括CH4高壓氣瓶、CO2高壓氣瓶、He高壓氣瓶、閘閥一、壓力表一、減壓閥、壓力表二和閘閥二；所述CH4高壓氣瓶、CO2高壓氣瓶和He高壓氣瓶通過閘閥一連接減壓閥，減壓閥通過閘閥二連接接口一，在閘閥一與減壓閥的連接管路上設有壓力表一，在減壓閥與過閘閥二的連接管路上設有壓力表二。本專利技術中，優選的，所述剛性支撐架的剛性墊塊表面開設有若干氣體吸附孔。本專利技術中，優選的，所述可調節螺旋桿、剛性墊塊和應力傳感器連接為一體，可調節螺旋桿包括螺旋帽和桿體，螺旋帽和桿體螺紋配合，通過擰動螺旋冒來調節桿體的長短。本專利技術中，優選的，所述密封箱體由上箱體和下箱體兩部分組成，所述上箱體和下箱體通過密封螺栓連接。本專利技術中，優選的，所述密封螺栓、剛性底座、剛性支撐架、剛性墊塊、可調節螺旋桿、應力傳感器與數據采集器連接線、溫度及壓力傳感器、和數據采集線的最大承受壓力為10MPa。有益效果：本專利技術可以實現實時有效的觀察與記錄煤體吸附不同壓力不同氣體的吸附變形應力的大小，與現有測定方法相比，該裝置可以科學有效的直接測定，并不同于現有的只是基于煤體的基質變形規律，采用孔彈性理論和力學本構方程計算推算而來；該裝置的產生于利用可以更加精確與科學來度量吸附變形的附加應力對煤體破壞引起煤體滲透性的效果；從理論研究的角度來看，本專利技術裝置對吸附變形附加應力的準確測定對煤體滲透性模型的計算有著非常重大的意義。附圖說明圖1為本專利技術安裝完成后的結構示意圖。圖2為本專利技術吸附變形附加應力測試系統的結構示意圖。圖中：1-1-CH4高壓氣瓶，1-2-CO2高壓氣瓶，1-3-He高壓氣瓶，1-4-閘閥一，1-5-壓力表一，1-6-減壓閥，1-7-壓力表二，1-8-閘閥二，2-真空泵，3-閘閥三，4-1-密封箱體，4-2-接口一，4-3-接口二，4-4-接口三，4-5-接口四，4-6-密封螺栓，4-7-剛性底座，4-8-剛性支撐架，4-9-剛性墊塊，4-10-應力傳感器，4-11-可調節螺旋桿，4-12-應力傳感器與數據采集器連接線，4-13-溫度及壓力傳感器，4-14-數據采集線，5-溫度表，6-壓力表三，7-數據采集器，8-計算機，9-煤樣。具體實施方式：下面結合附圖對本專利技術做更進一步的解釋。如圖1和2所示，本專利技術的煤體吸附變形附加應力測定裝置包括供氣增壓系統、真空泵2、吸附變形附加應力測試系統、數據采集器7和計算機8。其中供氣增壓系統是提供吸附氣體的系統，而吸附變形附加應力測試系統是整個測定裝置的核心，煤體吸附氣體就在此處完成；真空泵2的使用是為了在進行煤體吸附氣體前保證整個系統處于真空狀態，避免空氣對實驗的影響；溫度表5、壓力表三6是為了實時的記錄系統中的氣體壓力與溫度變化；數據采集器7主要采集應力傳感器4-10和溫度及壓力傳感器4-14上的數據，并利用計算機8對這些數據進行處理，最終得到煤體吸附變形產生的附加應力。吸附變形附加應力測試系統包括方形的密封箱體4-1、接口一4-2、接口二4-3、接口三4-4、接口四4-5、密封螺栓4-6、剛性底座4-7、剛性支撐架4-8、剛性墊塊4-9、應力傳感器4-10、可調節螺旋桿4-11、應力傳感器與數據采集器連接線4-12、溫度及壓力傳感器4-13、數據采集線4-14。密封箱體4-1由上箱體和下箱體兩部分組成，上箱體和下箱體通過密封螺栓4-6連接。在密封箱體4-1內底部焊接固定剛性底座4-7，在密封箱體4-1內相鄰的兩側壁固定有剛性支撐架4-8，在密封箱體4-1內另外兩側壁以及密封箱體4-1內頂部設有可調節螺旋桿4-11，剛性支撐架4-8端部和可調節螺旋桿4-11端部均設有剛性墊塊4-9，在可調節螺旋桿4-11靠近剛性墊塊4-9的位置設有應力傳感器4-10，可調節螺旋桿4-11、剛性墊塊4-9和應力傳感器4-10連接為一體，可調節螺旋桿4-11包括螺旋帽和桿體，螺旋帽和桿體螺紋配合，通過擰動螺旋冒來調節桿體的長短。在剛性支撐架4-8的剛性墊塊4-9表面開設有若干氣體吸附孔,由于煤體需要在整個實驗過程中不停的吸附氣體，而實驗過程中卻需要保證煤體吸附氣體膨脹時體積不變，基于這些要求則采用煤體周圍利用剛性墊塊4-9固定，留有少量氣體吸附孔用于吸附氣體進入煤體。密封箱體4-1上開設有接口一4-2、接口二4-3、接口三本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種煤體吸附變形附加應力測定裝置，其特征在于：包括供氣增壓系統、真空泵(2)、吸附變形附加應力測試系統、溫度表(5)、壓力表三(6)、數據采集器(7)和計算機(8)；所述吸附變形附加應力測試系統包括密封箱體(4?1)、接口一(4?2)、接口二(4?3)、接口三(4?4)、接口四(4?5)、剛性底座(4?7)、剛性支撐架(4?8)、剛性墊塊(4?9)、應力傳感器(4?10)、可調節螺旋桿(4?11)、應力傳感器與數據采集器連接線(4?12)、溫度及壓力傳感器(4?13)和數據采集線(4?14)，在密封箱體(4?1)內底部設有剛性底座(4?7)，在密封箱體(4?1)內相鄰的兩側壁設有剛性支撐架(4?8)，在密封箱體(4?1)內另外兩側壁以及密封箱體(4?1)內頂部設有可調節螺旋桿(4?11)，剛性支撐架(4?8)端部和可調節螺旋桿(4?11)端部均設有剛性墊塊(4?9)，在可調節螺旋桿(4?11)靠近剛性墊塊(4?9)的位置設有應力傳感器(4?10)，密封箱體(4?1)上開設有接口一(4?2)、接口二(4?3)、接口三(4?4)和接口四(4?5)，供氣增壓系統通過接口一(4?2)與密封箱體(4?1)內連接，真空泵(2)通過接口二(4?3)與密封箱體(4?1)內連接，應力傳感器與數據采集器連接線(4?12)一端連接應力傳感器(4?10)，應力傳感器與數據采集器連接線(4?12)另一端通過接口三(4?4)連接數據采集器(7)，數據采集線(4?14)一端與設置在密封箱體(4?1)內的溫度及壓力傳感器(4?13)連接，數據采集線(4?14)另一端通過接口四(4?5)連接溫度表(5)、壓力表三(6)和數據采集器(7)，計算機(8)連接數據采集器(7)。...

【技術特征摘要】
1.一種煤體吸附變形附加應力測定裝置，其特征在于：包括供氣增壓系統、真空泵(2)、吸附變形附加應力測試系統、溫度表(5)、壓力表三(6)、數據采集器(7)和計算機(8)；所述吸附變形附加應力測試系統包括密封箱體(4-1)、接口一(4-2)、接口二(4-3)、接口三(4-4)、接口四(4-5)、剛性底座(4-7)、剛性支撐架(4-8)、剛性墊塊(4-9)、應力傳感器(4-10)、可調節螺旋桿(4-11)、應力傳感器與數據采集器連接線(4-12)、溫度及壓力傳感器(4-13)和數據采集線(4-14)，在密封箱體(4-1)內底部設有剛性底座(4-7)，在密封箱體(4-1)內相鄰的兩側壁設有剛性支撐架(4-8)，在密封箱體(4-1)內另外兩側壁以及密封箱體(4-1)內頂部設有可調節螺旋桿(4-11)，剛性支撐架(4-8)端部和可調節螺旋桿(4-11)端部均設有剛性墊塊(4-9)，在可調節螺旋桿(4-11)靠近剛性墊塊(4-9)的位置設有應力傳感器(4-10)，密封箱體(4-1)上開設有接口一(4-2)、接口二(4-3)、接口三(4-4)和接口四(4-5)，供氣增壓系統通過接口一(4-2)與密封箱體(4-1)內連接，真空泵(2)通過接口二(4-3)與密封箱體(4-1)內連接，應力傳感器與數據采集器連接線(4-12)一端連接應力傳感器(4-10)，應力傳感器與數據采集器連接線(4-12)另一端通過接口三(4-4)連接數據采集器(7)，數據采集線(4-14)一端與設置在密封箱體(4-1)內的溫度及壓力傳感器(4-13)連接，數據采集線(4-14)另一端通過接口四(4-5)連接溫度表(5)、壓力表三(6)和數據采集器(7)，計算機(8)連接數據采集器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李偉，劉正東，程遠平，王偉，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32