一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于實驗室試件制作設備技術領域，特別涉及一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置。
【背景技術】
[0002]煤炭是一種非常重要的資源，占我國能源消費結構的65%左右，煤層氣是煤形成過程中的伴生物，也是一種重要的資源。通過實驗了解煤的力學特性、吸附解吸特性和滲流特性對于煤炭和煤層氣資源的開發有重要的指導作用。煤試件是了解煤性質的主要載體，將原煤加工成所需尺寸的試件(如Φ50πιπιΧ 100mm)是實驗的前期準備。但是煤中含有大量的層理、節理和裂隙，部分發育程度較大的煤難以加工成所需尺寸的試件。為了解決這一難題，通過將原煤粉碎加工成型煤的方法近似測量煤的特性。型煤的形成過程中，煤粉顆粒之間的孔隙隨著壓力的增大逐漸發生變化，而這些裂隙孔隙的大小和多少直接影響著型煤的力學特性，吸附解吸特性以及滲流特性。因此探究型煤制作過程孔隙裂隙演化，對于分析型煤/原煤之間力學特性，吸附解吸特性及滲流特性差別有十分重要的意義。
【發明內容】
[0003]針對現有技術存在的問題，本發明提供一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置，目的是通過該裝置的合理結構設計，分析出型煤制作過程中孔隙裂隙演化過程。
[0004]實現本發明目的的型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置，包括壓力控制系統、型煤成型系統和位移應力聲發射監測系統；
所述的壓力控制系統包括液壓缸、高壓油管和液壓源及控制器；所述的型煤成型系統包括壓桿、裝卸手柄和型煤壓制腔；所述的位移應力發射監測系統包括位移傳感器、壓力傳感器、聲發射探頭、數據采集儀和計算機；
其中，所述的液壓源及控制器通過高壓油管連接液壓缸，液壓缸伸長可下壓壓桿，壓桿的直徑與型煤壓制腔的型煤室內徑匹配；
所述的型煤壓制腔的型煤室是空心圓柱體結構，空心圓柱體由3個1/3空心圓柱體組合而成，每個1/3空心圓柱體的外表面中部都設有一個裝卸孔；型煤室的底部設有圓柱體墊片并由下螺帽壓緊墊片，頂部設有上螺帽，中部設有裝卸固定架，上螺帽和下螺帽上各有2個對稱的裝卸孔，裝卸固定架上具有與1/3空心圓柱體的裝卸孔位置相對應的裝卸孔，裝卸孔上有螺紋，裝卸孔與裝卸手柄之間是螺紋配合；
所述的型煤室上安裝有聲發射探頭，聲發射探頭與數據采集儀的輸入端相連，數據采集儀的輸入端還與壓力傳感器和位移傳感器分別相連，其中的壓力傳感器安裝在液壓油缸上，位移傳感器安裝在壓桿上，數據采集儀的輸出端與計算機相連，計算機還與液壓源及控制器相連。
[0005]其中，所述的高壓油管上設有進油閥門和出油閥門。
[0006]所述的壓桿由合金工具鋼制成，壓桿中心有排氣孔，排氣孔上部孔徑大于下部孔徑。
[0007]與現有技術相比，本發明的特點和有益效果是:
本發明中的型煤室為空心圓柱體，型煤室由3個1/3空心圓柱體組合而成，型煤室上有三個裝卸孔，裝卸孔與裝卸固定架、裝卸手柄配合使用，型煤室內設置有圓柱體墊片，將煤粉裝入型煤室，對壓桿施加一定的力將煤粉壓制成型煤，型煤室采用1/3空心圓柱體組合設計是考慮到型煤脫模時型煤的受力情況，保證容易脫模，使型煤不容易損壞，型煤脫模過程中，卸下下端螺帽時，型煤下端面失去約束產生變形，將圓柱體墊片擠出，而型煤未擠出，保護型煤不受損壞。
[0008]本發明中壓桿上的排氣孔的作用是排出型煤成型過程中型煤室內的空氣。
[0009]本發明中的壓力控制能夠可實現恒位移、恒載荷、恒位移速率、恒載荷速率控制進行加載，采用電液伺服閉環技術，計算機控制。
[0010]本發明中的液壓油缸上安裝有壓力傳感器，采集壓力數據，通過計算機記錄并通過液壓栗及控制器反饋調節壓力大小。
[0011]本發明的位移應力聲發射監測系統能夠監測型煤成型過程中的壓縮量、壓縮速率、壓力大小、孔隙裂隙演化時的聲發射能量等參數。
[0012]本發明的型煤室上安裝有聲發射探頭，能夠采集型煤制作過程中裂隙孔隙閉合所釋放的能量，反映型煤制作過程中裂隙的演化過程。
[0013]本發明的壓桿上安裝有位移傳感器，能夠采集型煤制作過程中型煤的大小，壓縮速率等數據，通過計算機記錄并通過液壓栗及其控制系統反饋調節試件壓縮量及壓縮速率。
[0014]本發明通過裝置的合理設計，通過一套完整的結構就能夠實現型煤制作和裂隙孔隙演化過程中的壓力、位移、能量等數據的采集分析，大大簡化了試驗過程，提高了試驗效率。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明的型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置結構示意圖；
圖2為圖1中的1/3空心圓柱體的橫截面圖；
圖3為圖1中的裝卸孔螺紋與裝卸手柄配合使用示意圖；
其中:1:液壓缸；2:高壓油管；3:進油閥門；4:出油閥門；5:導線，6:液壓源及控制器；7:壓力傳感器；8:計算機，9:數據采集儀；10:聲發射探頭；11:壓桿；12:排氣孔；13:上螺帽；14:裝卸孔；15:型煤室:16:裝卸固定架；17:螺紋；18:下螺帽；19:圓柱體墊片；20:位移傳感器；21:1/3空心圓柱體；22:裝卸手柄。
【具體實施方式】
[0016]下面結合圖1、圖2和圖3對本發明的使用方式做進一步說明。
[0017]本發明實施例中采用的壓力傳感器是MEACON牌型號MIK-P300壓力變送器，位移傳感器是MIRAN牌型號KTR-50mm的彈簧自恢復直線位移傳感器，數據采集儀是泰斯特牌型號TST5915，液壓控制器是BOEN牌型號53853，搭配計算機和配套軟件使用，聲發射傳感器是超小型聲發射傳感器M型(協振式)。
[0018]如圖1，型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置，包括壓力控制系統、型煤成型系統和位移應力聲發射監測系統；
所述的壓力控制系統包括液壓缸1、高壓油管2和液壓源及控制器6 ;所述的型煤成型系統包括壓桿11、裝卸手柄22和型煤壓制腔；所述的位移應力發射監測系統包括位移傳感器20、壓力傳感器7、聲發射探頭10、數據采集儀9和計算機8 ;
其中，所述的液壓源及控制器6通過高壓油管2連接液壓缸1，高壓油2上設有進油閥門3和出油閥門4，液壓缸I伸長可下壓壓桿11，壓桿11的直徑與型煤壓制腔的型煤室15內徑匹配；
所述的型煤壓制腔的型煤室15是空心圓柱體結構，空心圓柱體由3個1/3空心圓柱體21組合而成，每個1/3空心圓柱體21的外表面中部都設有一個裝卸孔14，如圖2所示；型煤室15的底部設有圓柱體墊片19并由下螺帽18壓緊墊片，頂部設有上螺帽13，中部設有裝卸固定架16，上螺帽13和下螺帽18上各有2個對稱的裝卸孔14，裝卸固定架16上具有與1/3空心圓柱體21的裝卸孔14位置相對應的裝卸孔14，裝卸孔14上有螺紋，裝卸孔14與裝卸手柄22之間是螺紋配合，如圖3所示；
所述的型煤室15上還安裝有聲發射探頭10，聲發射探頭10與數據采集儀9的輸入端相連，數據采集儀9的輸入端還與壓力傳感器7和位移傳感器20分別相連，其中的壓力傳感器7安裝在液壓油缸I上，位移傳感器20安裝在壓桿11上，數據采集儀9的輸出端與計算機8相連，計算機8還與液壓源及控制器6相連。
[0019]所述的壓桿11由合金工具鋼制成，壓桿中心有排氣孔12，排氣孔12上部孔徑大于下部孔徑。
[0020]采用上述型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置進行型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗的步驟如下:
(1)組裝型煤壓制腔:將3個1/3空心圓柱體21組合成型煤室15，將裝卸固定架16套在型煤室15上，把3個裝卸手柄22擰在裝卸固定架16上，并使裝卸手柄22插進型煤室15的裝卸孔14，并頂緊型煤室，將圓柱體墊19放入型煤室15下方，然后配合裝卸手柄22擰緊下螺帽18和上螺帽13 ；
(2)進行裂隙演化試驗:將型煤壓制腔放在壓力試驗機上，調整好位置后向型煤壓制腔內倒入質量為m的煤粉，然后將壓桿11放入型煤壓制腔內，煤粉中的空氣從排氣孔12排出，啟動計算機控制系統，調整液壓1，使壓力機與壓桿11接觸，然后將位移數據平衡調零，啟動液壓栗及控制6，選擇一種加載方式對煤粉進行加載，待壓桿11到達型煤所需高度時，調整為恒位移或者恒載荷加載一段時間，然后卸載，在加載過程中通過聲發射探10，采集煤粉壓制成型煤過程成中的聲發射能量；
(3)取出型煤:用裝卸手柄22拆卸掉上、下螺帽，然后擰下裝卸固定架16上的裝卸手柄22，取下裝卸固定架16，然后拆開型煤室15，取出型煤；
型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置也可以借助其他輔助手段，如掃描電鏡，對不同孔隙度，不同載荷，不同加載速率條件下的型煤制作過程孔隙裂隙演化進行分析。
【主權項】
1.一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置，其特征在于包括壓力控制系統、型煤成型系統和位移應力聲發射監測系統； 所述的壓力控制系統包括液壓缸、高壓油管和液壓源及控制器；所述的型煤成型系統包括壓桿、裝卸手柄和型煤壓制腔；所述的位移應力發射監測系統包括位移傳感器、壓力傳感器、聲發射探頭、數據采集儀和計算機； 其中，所述的液壓源及控制器通過高壓油管連接液壓缸，液壓缸伸長可下壓壓桿，壓桿的直徑與型煤壓制腔的型煤室內徑匹配； 所述的型煤壓制腔的型煤室是空心圓柱體結構，空心圓柱體由3個1/3空心圓柱體組合而成，每個1/3空心圓柱體的外表面中部都設有一個裝卸孔；型煤室的底部設有圓柱體墊片并由下螺帽壓緊墊片，頂部設有上螺帽，中部設有裝卸固定架，上螺帽和下螺帽上各有2個對稱的裝卸孔，裝卸固定架上具有與1/3空心圓柱體的裝卸孔位置相對應的裝卸孔，裝卸孔上有螺紋，裝卸孔與裝卸手柄之間是螺紋配合； 所述的型煤室上安裝有聲發射探頭，聲發射探頭與數據采集儀的輸入端相連，數據采集儀的輸入端還與壓力傳感器和位移傳感器分別相連，其中的壓力傳感器安裝在液壓油缸上，位移傳感器安裝在壓桿上，數據采集儀的輸出端與計算機相連，計算機還與液壓源及控制器相連。2.根據權利要求1所述的一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置，其特征在于所述的高壓油管上設有進油閥門和出油閥門。3.根據權利要求1所述的一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置，其特征在于所述的壓桿由合金工具鋼制成，壓桿中心有排氣孔，排氣孔上部孔徑大于下部孔徑。
【專利摘要】本發明屬于實驗室試件制作設備技術領域，特別涉及一種型煤制作過程孔隙裂隙演化試驗裝置。本發明包括壓力控制系統、型煤成型系統和位移應力聲發射監測系統，所述的壓力控制系統包括液壓缸、高壓油管和液壓源及控制器；所述的型煤成型系統包括壓桿、裝卸手柄和型煤壓制腔；所述的位移應力發射監測系統包括位移傳感器、壓力傳感器、聲發射探頭、數據采集儀和計算機。本發明通過裝置的合理設計，通過一套完整的結構就能夠實現型煤制作和裂隙孔隙演化過程中的壓力、位移、聲發射能量等數據的采集分析，大大簡化了試驗過程，提高了試驗效率。
【IPC分類】G01N29/14, G01N3/12
【公開號】CN105136583
【申請號】CN201510652883
【發明人】梁冰, 賈立鋒, 孫維吉, 溫彥凱, 石占山, 曲瑞, 施永威
【申請人】遼寧工程技術大學
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年10月10日