[发明专利]一种用于精确测定受载煤岩孔隙率动态变化的系统和方法

权利要求书

1.一种用于精确测定受载煤岩孔隙率动态变化的系统，包括三轴压力室和三轴伺服压力机，所述三轴伺服压力机的上、下压头位于三轴压力室内，其特征在于，上、下压头之间设有用于装煤岩试样的热缩管；所述上压头的底端、下压头的顶端分别封堵于热缩管的顶端和底端，上压头的底面以及下压头的顶面各设一多孔板，上、下压头内分别设有上、下通气道，上通气道与上压头多孔板的通气孔连通，下通气道与下压头多孔板的通气孔连通；所述下通气道伸出三轴压力室连接孔隙率变化量测量装置，该孔隙率变化量测量装置主要由第三阀门和带刻度的玻璃管组成，玻璃管内设有与管体内壁配合滑动连接的游标；所述上通气道伸出三轴压力室连接第二三通阀，且通过第二三通阀分为两个支路，其中一个连接抽真空装置；另一个连接第一三通阀，第一三通阀的另两个接口分别连接孔隙率测量装置和氦气供给装置。

2.如权利要求1所述的用于精确测定受载煤岩孔隙率动态变化的系统，其特征在于，所述抽真空装置主要由顺次连接的真空计、第一阀门和真空泵组成。

3.如权利要求1所述的用于精确测定受载煤岩孔隙率动态变化的系统，其特征在于，所述孔隙率测量装置主要由带刻度的筒体和位于筒体内、并与筒体内壁配合滑动连接的活塞组成。

4.如权利要求1所述的用于精确测定受载煤岩孔隙率动态变化的系统，其特征在于，所述氦气供给装置主要由顺次连接的气压表、减压阀、第二阀门和氦气瓶组成。

5.一种利用权利要求1所述系统精确测定受载煤岩孔隙率动态变化的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）取一个标准煤岩试样，并测定出煤岩试样的初始孔隙率                                               ，其中，V_p为煤岩试样内部的孔隙体积，V₀为煤岩试样的总体积；

2）检查权1所述系统的气密性，确保系统气密性良好；将煤岩试样放入热缩管内；

3）向孔隙率变化量测量装置内充入一定量的氮气，利用具有密封功能的游标将玻璃管中的氦气与空气隔离，并通过第三阀门将之与下通气道连接；

4）关闭系统管路上的所有阀门，通过第一三通阀、第二三通阀使抽真空装置与孔隙率测量装置连接，利用抽真空装置向孔隙率测量装置抽真空，当孔隙率测量装置达到相应的真空度要求后，关闭抽真空装置并打开氦气供给装置，向孔隙率测量装置内充入一定量的氦气，然后关闭氦气供给装置和孔隙率测量装置；

5）打开抽真空装置及煤岩试样所在相关管路，对受到良好密封的煤岩试样所在的三轴压力室进行抽真空，抽真空完成后关闭抽真空装置，打开孔隙率测量装置，此时孔隙率测量装置内的氦气被自动吸入煤岩试样及所在相关管路，待吸入稳定后，关闭孔隙率测量装置；

6）打开孔隙率变化量测量装置使其与煤岩试样连通，系统稳定后记录下游标所处位置的读数a；利用三轴伺服压力机和三轴压力室对煤岩试样施加一个初始静水压力σ₁=σ₃，其中σ₁为轴压，σ₃为围压，观察玻璃管中游标的位置变化情况，当游标的位置稳定后，记下游标所处位置的读数b；煤岩试样在施加初始载荷后的孔隙率通过下式计算得到：

  式中：r为玻璃管的内径；为煤岩试样在初始载荷条件下的孔隙率；

7）再次记录好施加载荷前后游标所处位置的读数a和b，根据上述公式就能得到不同载荷条件下煤岩试样的孔隙率大小。