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专利号: 2015100520744
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,包括轴向加卸载子系统、侧向加卸载子系统、围压加卸载子系统、裂隙损伤破坏监测子系统、中央密封腔体、充气子系统。

2.如权利要求1所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,所述中央密封腔体包括腔身(24)、腔体顶盖(5)、把手、加载杆、加载盘和气体进出口;

所述腔体顶盖(5)位于腔身(24)上方;

所述加载杆由外部伸入腔体内部,加载杆位于腔体内部的一端均有一个加载盘;加载杆包括顶部加载杆(14)和四个完全相同的侧向加载杆;所述四个侧向加载杆位于同一个垂直于顶部加载杆的平面,且相邻两个侧向加载杆相互垂直,这四个侧向加载杆形成一个十字型,相对的两个侧向加载杆为同一组;所述加载盘上设置有密封圈;

顶部加载杆位于腔体顶部,侧向加载杆位于腔体侧壁;

所述气体进出口包括瓦斯气体进出口和氮气进出口;

所述气体进出口一部分贯通加载盘和加载杆,气口分别位于加载杆露出腔体的一端;

另一部分贯通腔体底部,气口位于腔体底部侧壁。

3.如权利要求2所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,所述的裂隙损伤破坏监测子系统包括一组传感器、若干个前置放大器和监测仪(1);所述一组传感器分别布置在所述中央密封腔体的各个加载杆上;每个前置放大器分别连接一个传感器,并接入监测仪(1)。

4.如权利要求2所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,所述轴向加卸载子系统包括控制计算机、液压油泵及加压装置(13);计算机控制液压油泵向加压装置(13)施压,所述加压装置(13)作用于所述顶部加载杆上。

5.如权利要求2所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,侧向加卸载子系统包括液压油缸(32)、位移传感器(33)、负载应力传感器(9)和侧向控制计算机(3);侧向控制计算机(3)控制液压油缸(32),每一个液压油缸(32)控制所述一组侧向加载杆。

6.如权利要求2所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,所述围压加卸载子系统包括氮气瓶(47)、一个减压阀、若干个压力表、一个六角阀、一个流量计和一个截止阀;

所述氮气瓶(47)依次通过减压阀、压力表、六角阀、流量计和截止阀之后,接入所述位于腔体底部侧壁的一个气体进出口。

7.如权利要求2所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于,充气子系统包括瓦斯气瓶(46)、放气管路(48)、一个减压阀、一个六角阀、若干个截止阀、若干个放气阀和压力表;

所述瓦斯气瓶(46)依次通过减压阀和压力表后,接入六角阀,六角阀的每条出路分别依次通过放气阀、截止阀、压力表之后,分别接入所述中央密封腔体的一个气体进出口;其中,用作出气口的管路上连接放气管路(48),该放气管路(48)上设置有放气阀。

8.如权利要求2所述的多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验系统,其特征在于所述把手为腔体顶盖上的可拆卸的手柄。

9.多维加卸载多相孔隙介质强耦合损伤渗流实验方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

1)加工试样:将待测煤岩体加工为表面平整的立方体的试样(50);

2)密封试样:先在试样表面均匀地涂抹一层密封胶,待密封胶风干后,再在密封胶外封一层热缩管,最后,在试样的六个面上分别开一个圆形孔洞,使试样表面露出;所述圆形孔洞的直径小于加载盘上的密封圈;

3)连接管路并将试样放入中央密封腔体内,盖好顶盖(5),使得顶部加载杆(14)正对试样(50)上表面;

4)检查系统气密性:在充气子系统中,打开截止阀,关闭六角阀和减压阀;在围压加卸载子系统中,打开减压阀、六角阀和截止阀,向中央密封腔体内充入2.5MPa的氮气,待压力恒定后,关闭围压加卸载子系统的减压阀和六角阀,观察所有压力表示数是否下降,如没有下降,则气密性良好;

5)排氮气:打开放气管路(48)上的放气阀,将中央密封腔体内的氮气排放干净;

6)抽真空:将放气管路(48)接到真空泵上,开启真空泵,抽真空12小时,完成后关闭真空泵,将围压加卸载子系统中的截止阀和充气子系统的截止阀和放气阀均关闭,并将放气管路(48)和真空泵断开;

7)设定轴向加卸载子系统和侧向加卸载子系统,作用于中央密封腔体加载杆上,待加载盘刚刚接触压紧试样,暂停加载;

8)充氮气加围压:打开围压加卸载子系统的减压阀、六角阀和截止阀,给中央密封腔体内充氮气加围压,氮气围压不小于待加的瓦斯压力,并向煤岩试样内填充适量压力的瓦斯,进行48小时的吸附;

9)进行限定围压试验:加载围压和氮气围压,设定围压值为X,此时加载的瓦斯压力值为Y,取值时,Y

10)进行等效围压试验:保证围压和瓦斯压力差值始终为1.5MPa,每次进行完围压加载和充瓦斯后,都要吸附48h,待吸附平衡后,测定各个方向的渗透性,将要测方向截止阀和放气阀打开,压力示数平衡后,记录下进出口瓦斯压力P1、P2和出口瓦斯流量Q1,测完此方向的渗透性后,关闭该方向的截止阀和放气阀,打开下一个要测方向的截止阀和放气阀,进行相同的实验;

11)进行损伤渗流试验:给定围压值和瓦斯压力值,待吸附平衡后,开启轴向加载系统和侧向加载系统,同时启动损伤检测系统,测定不同应力下,试样损伤过程中的渗流特性;

12)完成试验后,将放气管路(48)上的截止阀和放气阀打开,将瓦斯释放到空旷的大气中,取出试验后被破坏的试样,清理干净中央密封腔体,关闭加卸载子系统和损伤监测子系统。