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专利号: 201510444636X
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:

1.一种煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验系统,包括冻融装置、数据采集系统和煤岩样品(8),其特征在于:所述冻融装置包括液氮冻融试验箱(6)和自增压液氮罐(7),煤岩样品(8)放置在液氮冻融试验箱(6)内,液氮冻融试验箱(6)内设有加热器(21)和液位传感器(69),加热器(21)通过温控器连接线(22)连接温度控制器(2),温度控制器(2)连接计算机(1),液位传感器(69)与设置在液氮冻融试验箱(6)外侧的液位显示器(68)连接,液氮冻融试验箱(6)顶部设有液氮冻融试验箱密封盖(64),液氮冻融试验箱密封盖(64)上设有安全泄压阀(61)、低温压力表(62)和排空阀(63),液氮冻融试验箱(6)底部通过液氮供给管路连接自增压液氮罐(7);

所述液氮供给管路包括三通接头(612),三通接头(612)第一端连接液氮冻融试验箱(6)底部,三通接头(612)第二端设有进液阀/排液阀(613),三通接头(612)第三端设有增压阀(611),自增压液氮罐设有液氮罐截止阀(71),液氮罐截止阀(71)通过耐低温金属软管(72)连接进液阀/排液阀(613),在液氮冻融试验箱(6)外侧设有液氮增压管(610),液氮增压管(610)上端与液氮冻融试验箱(6)内部连通,液氮增压管(610)下端连接增压阀(611);

所述数据采集系统包括高频压力传感器(3)、低温应变片(41)和温度传感器探头(51),低温应变片(41)和温度传感器探头(51)分别布置在煤岩样品(8)不同位置,低温应变片(41)通过应变仪连接线(42)连接应变仪(4),温度传感器探头(51)通过温度传感器连接线(52)连接温度传感器(5),应变仪(4)和温度传感器(5)均连接计算机(1),高频压力传感器(3)布置在液氮冻融试验箱(6)内侧,高频压力传感器(3)通过USB数据线(31)连接计算机(1)。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验系统,其特征在于:所述液氮冻融试验箱密封盖(64)一侧通过铰链与液氮冻融试验箱(6)连接,液氮冻融试验箱密封盖(64)另一侧设有密封盖把手(66)和紧固螺栓(67),在液氮冻融试验箱密封盖(64)底面与液氮冻融试验箱(6)顶部相对应的位置设有密封槽(65)。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验系统,其特征在于:所述液氮冻融试验箱(6)含有聚氨酯绝热层。

4.根据权利要求1至3项中任意一项所述试验系统的煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验方法,其特征在于:液氮冻融试验中,首先打开进液阀/排液阀(613)和液氮罐截止阀(71),液氮由耐低温金属软管(72)注入液氮冻融试验箱(6),通过液位显示器(68)控制注入液氮量,当冻融冻融试验箱(6)内压力超过额定压力时,安全泄压阀(61)自动泄压,保证试验的安全性,煤岩样品(8)在液氮中冻结一定时间后,打开进液阀/排液阀(613)排出液氮,由温度控制器(2)设定融化温度后经过加热器(21)加热,煤岩样品(8)开始融化,完成一次液氮冻融循环;随后多次重复上述液氮冻融循环,考察不同冻融变量条件下对煤岩样品(8)的应变和温度影响规律,试验数据记录在计算机(1)内处理分析。

5.根据权利要求4所述的煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验方法,其特征在于:在考察不同冻融变量条件下对煤岩样品(8)的应变和温度影响规律时,首先通过设置不同液氮冻结时间、不同融化温度、不同样品含水率、不同液氮膨胀压和不同循环次数,以获取多个不同冻融变量下增透致裂的煤岩样品(8),然后把各个煤岩样品(8)进行编号,通过三轴/单轴压缩试验及扭剪试验测得各个煤岩样品(8)的力学特征变化规律,通过核磁共振技术、超声波技术、声发射技术、电镜扫描技术、CT扫描技术测试各个煤岩样品(8)的岩体孔隙特征和微观形态变化规律,最后通过对各个煤岩样品(8)的力学特征变化规律、岩体孔隙特征和微观形态变化规律定量分析,找出最佳的液氮冻结时间和融化温度以及样品含水率和液氮冻融循环次数对液氮冻融增透煤岩体过程中的影响规律。

6.根据权利要求5所述的煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验方法,其特征在于:试验过程中,液氮冻融试验箱(6)内液氮膨胀压力由增压阀(611)、液氮增压管(610)和低温压力表(62)联合控制,控制过程如下:首先打开增压阀(611),液氮冻融试验箱(6)内的液氮进入液氮增压管(610),液氮增压管(610)为单层导热铜管,液氮在其中吸热急速膨胀汽化为氮气,氮气进入液氮冻融试验箱(6),由低温压力表(62)显示压力值联合控制增压阀(611)的开关,来控制液氮冻融试验箱(6)内的液氮膨胀压,液氮冻融试验箱(6)内液氮膨胀压力通过液氮施加在煤岩样品(8)上,即试验过程中煤岩样品(8)所受围压大小。