[实用新型]一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置

说明书

本实用新型为一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置，其主要由液氮密封装置、加载装置、液面标高装置、红外线控制装置、液氮供给装置、工业CT扫描装置构成。液氮密封装置主要由套筒和底座构成密闭环境，减少液氮逸散。液面标高装置由泡沫板和挡板构成，红外线控制装置由两个红外线发射器和传感器构成，由于浮力的作用，泡沫板和挡板的高度随着液氮液面高度变化。挡板与红外线发射器共同作用，传感器接收信号，然后通过PLC控制器指示电机工作。通过自动化液氮补给系统，该装置可以实现在液氮浸没的条件下，进行单轴压缩实验，可以研究超低温条件下煤岩的力学特性，进一步配合CT扫描技术，可以探究煤体在应力场和超低温温度场同时作用下的致裂机理。

技术领域

本实用新型属于实验测试装置，尤其涉及低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置。

背景技术

煤炭是我国重要的战略资源，在我国能源中占比中最大。煤层的渗透性能是瓦斯抽采、煤层开发的关键参数。我国的煤层气储量巨大，但是我国的大部分煤层属于低渗透性煤层，瓦斯不易抽采，造成环境污染资源浪费。因此，研究低渗透煤层的增透方法，是煤层气高效抽采和瓦斯防治的关键问题。液氮等低温流体注入煤层，影响煤层微观孔隙结构，并改变煤层渗透性及力学性质，对煤体增透致裂来说是一种有效的途径。

很多专家学者对于液氮冲击煤体增透已经做了大量细致的研究，并取得了一定的研究成果。已公开的专利文献WO2017/016168 A1公布了一种煤岩样品液氮循环冻融增透模拟试验系统及方法，河北科技大学的郭晓康等利用自己设计的实验装置做了液氮半溶浸煤致裂增透试验研究，这些实验装置都能够研究液氮冲击后煤岩的渗透性及力学性质的研究，但是不能研究在液氮产生的超低温温度场与应力场同时作用时煤岩性质的变化，与工程实际有一定差距。也没有考虑利用CT技术观察煤岩的微观结构变化，具有一定的局限性。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种自动化的、可视化的、操作方便的低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置。通过该装置可以模拟液氮冲击下受载煤的状态，进一步研究超低温与单轴压缩状态下煤岩的力学特性与渗透特性的变化，结合CT技术探索该过程中煤岩的微观结构变化。

为了上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种低温液氮冲击下的煤岩力学测试装置，包括液氮密封装置、加载装置、液面标高装置、红外线控制装置、液氮补给装置、工业CT扫描装置；

所述液氮密封装置包括非金属绝热套筒、绝热底座、密封盖；其中所述非金属绝热套筒设置在绝热底座的底座凹槽内，所述密封盖位于非金属绝热套筒的顶端，所述非金属绝热套筒内侧壁上开有套筒凹槽；

所述加载装置包括伺服加载仪、压头、垫片；其中所述压头穿过所述密封盖并压制在所述垫片上，所述垫片位于非金属绝热套筒内部且位于同样放置在非金属绝热套筒内部的煤样的顶端，所述伺服加载仪对压头施加的轴向压力；

所述液面标高装置位于非金属绝热套筒内部，且包括泡沫板和挡板；其中所述泡沫板与所述套筒凹槽进行滑动连接，所述挡板固定设置在泡沫板上；

所述红外线控制装置包括红外线发射装置、红外线传感装置、PLC控制器以及导线；其中所述红外线传感装置与红外线发射装置平行相对放置，且两者均设置在所述密封盖上，所述的挡板上端穿过密封盖且浮动在红外线传感装置与红外线发射装置之间，所述红外线传感装置通过导线与PLC控制器相连；

所述液氮补给装置包括电机、齿轮、齿条杆、活塞、液氮罐、补给管路和阀门，其中电机通过导线和所述PLC控制器相连；所述电机带动位于所述液氮罐中的活塞进行运动，从而通过补给管路对所述非金属绝热套筒的内部进行液氮输送；