[发明专利]用于煤体原位力学特性的实验装置及基于该装置的瓦斯水合物饱和度监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤炭领域。

背景技术

煤矿矿井中煤与瓦斯突出严重威胁煤矿安全生产。大部分煤与瓦斯突出事故是由于瓦斯赋存区扰动(揭煤或落煤)促使大量瓦斯瞬间涌出而造成的，因此，利用瓦斯水合物在煤体中的大量生成，减小煤体中瓦斯压力，改变煤体力学特性，而对含瓦斯水合物煤体的力学特性研究是必不可少的。为了对煤中自身含有的瓦斯气体合成水合物对煤炭的力学性质影响进行实验研究，在煤矿现场进行实验显然是不切合实际的，因此，亟需一种用于实验室研究的针对煤中自身含有的瓦斯气体合成水合物对煤炭的力学性质影响的装置及方法。

目前实验用煤体三轴实验装置绝大多数都是单纯研究煤体本身的力学性质，而关于水合物力学性质的实验装置主要集中在含水合物沉积物中或者实验装置主要特点是先在合成水合物然后在特定环境中将水合物和沉积物混合或者在一个实验装置中合成含水合物的试样，再将试样移至另一种实验装置中进行三轴力学实验，与此同时这些装置都无法实现同步检测水合物饱和度。

发明内容

针对上述装置的一些不足，本发明提供了用于煤体原位力学特性的实验装置及基于该装置的瓦斯水合物饱和度监测装置及方法。

本发明的目的是满足用于实验室研究的针对煤中含有的瓦斯气体合成水合物对煤体的力学性质影响及研究煤体水合物饱和度的装置及方法的需求，提出了用于煤体原位力学特性的实验装置及基于该装置的瓦斯水合物饱和度监测装置及方法。

用于煤体原位力学特性的实验装置，该装置包括釜体1、调节栓塞2、活动栓塞3、固定座4、密封端盖5、热缩管8、一号电阻电极6、二号电阻电极7、缓冲罐12、瓦斯气体增压装置14、液压增压装置15和应变片13；

一号电阻电极6和二号电阻电极7的结构相同；一号电阻电极6包括电极探头1-1、绝缘橡胶1-2、绝缘层1-3、金属管1-4、加固层1-5；

电极探头1-1包括顶头1-11和长尾1-12，顶头1-11和长尾1-12构成T字型，长尾1-12为中空结构；加固层1-5和金属管1-4构成T字型，且为一体件；电极探头1-1的长尾1-12插入金属管1-4内，且电极探头1-1的长尾1-12和金属管1-4之间设置有绝缘层1-3；电极探头1-1的顶头1-11和加固层1-5之间设置有绝缘橡胶1-2；

热缩管8内部的两端分别设置有一号电阻电极6和二号电阻电极7，一号电阻电极6的顶头和二号电阻电极7的顶头相对放置；

煤体11放置在热缩管8内，且位于一号电阻电极6的顶头和二号电阻电极7的顶头之间；调节栓塞2包裹在一号电阻电极6的金属管1-4外侧，调节栓塞2的外侧并排设置有固定座4和密封端盖5，且与固定座4为螺纹连接；

活动栓塞3包裹在二号电阻电极7的金属管1-4外侧，活动栓塞3的外侧设置有密封端盖5；

设置在调节栓塞2外侧的密封端盖5和设置在活动栓塞3外侧的密封端盖5均套接在釜体1内部，且分别位于釜体1的两端；

热缩管8、釜体1及密封端盖5合围形成一个围压油腔9；通过向围压油腔9内注入围压，向煤体11施加围压；

活动栓塞3、釜体1及密封端盖5合围形成一个轴压油腔10；通过向轴压油腔10内注入轴压，带动活动栓塞3向左运动；

液压增压装置15用于为围压油腔9提供围压，为轴压油腔10提供轴压；

瓦斯气体增压装置14用于向二号电阻电极7的长尾内通入瓦斯；一号电阻电极6的长尾通过管路与缓冲罐12的一端联通，缓冲罐12的另一端与二号电阻电极7的长尾联通；

应变片13贴在煤体11上，用于采集煤柱的应变信号。

用于煤体原位力学特性的实验装置，瓦斯气体增压装置14包括气源14-1、空气压缩机14-2、防爆增压泵14-3、空气压缩机阀14-4和气源阀14-5；

气源14-1的输出端连通防爆增压泵14-3的一个输入端；空气压缩机14-2的输出端连通防爆增压泵14-3的另一个输入端；防爆增压泵14-3的输出端连通二号电阻电极6的长尾；

空气压缩机阀14-4设置在空气压缩机14-2和防爆增压泵14-3之间；气源阀14-5设置在气源14-1和防爆增压泵14-3之间。

用于煤体原位力学特性的实验装置，液压增压装置15包括围压液压增压泵15-1、轴压液压增压泵15-2、围压阀15-3和轴压阀15-4；

釜体1上开有围压孔15-5和轴压孔15-6；