專利名稱：煤巖流變滲流試驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流變試驗裝置，具體地說，涉及用于煤及中軟巖石的流變 力學(xué)試驗及流變過程中的滲流試驗的煤巖流變滲流試驗裝置。
技術(shù)背景流變特性是巖土類材料重要的力學(xué)特性之一，它對巖土材料的長期強度有 很大的影響。目前，國內(nèi)外對巖土類材料流變特性開展了廣泛的研究工作。從 實驗室實驗到工程分析，從經(jīng)驗公式到理論模型，都己經(jīng)取得了一些有益成果。 作為一種類巖土材料，煤巖也具有明顯的流變特性。大量現(xiàn)場實例表明，煤與 瓦斯的延遲突出現(xiàn)象就與含瓦斯煤的流變特性有關(guān)。 t按所施加的外荷載的方式不同，可以將土的室內(nèi)流變試驗分為兩大類，即 直接法和間接法。前者是指直接施加剪切力的試驗方法，包括直接剪切和扭轉(zhuǎn) 試驗，后者則是利用單軸或三軸壓縮或拉伸荷載，包括一維固結(jié)(滲透)試驗 和三軸剪切試驗。針對不同的研究目的、研究對象和研究內(nèi)容，流變試驗的方 法及其儀器設(shè)備也是多種多樣的。目前主要的流變試驗裝置均是針對土和巖石材料，對煤巖體尤其是含瓦斯 煤的流變試驗裝置非常少見。何學(xué)秋教授研制的三軸壓力室，主要由下蓋體、 上座和壓塊三部分組成。瓦斯由壓塊中心通道進入煤體，由底座排出。液壓油 由缸壁進入下蓋體由上座排出。由于該裝置在裝卸煤樣時，先將壓塊和底座墊 通過膠套連接并密封之后放入壓力室中，再緊固上座，這個過程很容易使煤樣遭到破壞，使試驗結(jié)果變得非常不可靠；其次，該裝置的氣體壓力較低(小于 2MPa)，不能滿足現(xiàn)場試驗條件；另外，目前的各種三軸流變儀均無法量測壓力 室內(nèi)部試樣的環(huán)向變形，只能通過外部試驗儀器量測軸向變形。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能滿足含煤巖流變滲流試驗要求，且試驗結(jié)果 更可靠的煤巖流變滲流試驗裝置。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明針對原來流變試驗裝置在裝卸煤樣時，容易使煤 樣遭到破壞的缺陷，在壓力室內(nèi)設(shè)置定心裝置，使煤樣施入后不會晃動避免損 壞煤樣，具體技術(shù)方案如下 一種煤巖流變滲流試驗裝置，包括下蓋體、安裝 在該下蓋體上端的上座，所述下蓋體軸向上設(shè)有開口向上的下內(nèi)腔，下內(nèi)腔內(nèi) 放置有下壓塊，下壓塊上方設(shè)有膠套，該膠套的上、下端均內(nèi)套有墊塊，該墊 塊上設(shè)有上下貫通的第一氣道，所述膠套內(nèi)安裝有經(jīng)導(dǎo)線與外界相通的應(yīng)變計， 膠套的上方設(shè)有上壓塊，該上壓塊與所述下壓塊分別設(shè)有進氣通道和排氣通道， 該進氣通道和排氣通道的一頭經(jīng)所述第一氣道與所述膠套內(nèi)部相通，該進氣通 道和排氣通道的另一頭分別經(jīng)導(dǎo)管與安裝在所述下蓋體上的進氣口和排氣口相 通，所述下蓋體和上座上分別設(shè)有進油通道和排空孔，所述上座上設(shè)有開口向 下的上內(nèi)腔，該上內(nèi)腔與所述下內(nèi)腔相通，所述上壓塊和膠套均位于該上內(nèi)腔 內(nèi)，該上內(nèi)腔內(nèi)還設(shè)有定心裝置，該定心裝置由安裝在所述下內(nèi)腔端口的下定 心盤以及經(jīng)定位螺桿安裝在該下定心盤上方的上定心盤組成，上定心盤和下定 心盤的中心開有圓孔，所述上壓塊和下壓塊分別安裝在上定心盤和下定心盤的 中心圓孔內(nèi)，所述上定心盤和下定心盤的圓環(huán)上均設(shè)有小孔；所述上壓塊上放 置壓頭，該壓頭的頂端與加壓活塞桿的下端相連，該加壓活塞桿的上端從所述上座的中部伸出，加壓活塞桿與上座之間設(shè)有密封裝置。試驗時，先將煤樣放 入膠套，然后放到定心裝置中心后用管箍與墊塊聯(lián)接并箍緊，整個裝樣過程方 便簡單，避免了煤樣的損壞；而且本發(fā)明由下蓋體、上座裝上的內(nèi)腔共同組成 壓力室，這樣方便試驗前的安裝。作為優(yōu)選例，所述上壓塊和下壓塊在與所述墊塊賴接的一端固定安裝有氣 接頭，該氣接頭上對應(yīng)設(shè)有與所述第一氣道相通的第二4道，并且，兩氣接頭 與所述上壓塊、下壓塊的接合處均設(shè)有腔室，所述進氣通道和排氣通道經(jīng)該腔 室與所述第二氣道相通。在氣接頭與壓塊的接合處增加腔室的目的在于使從進 氣通道進入的氣體分散后，通過第二氣道及第一氣道進入煤樣內(nèi)，流過煤樣后， 同樣經(jīng)第二氣道及第一氣道匯集到腔室內(nèi)，經(jīng)排氣通道排除，有利于真實的模 擬實際環(huán)境，增加實驗結(jié)果的可靠性。作為優(yōu)選例，所述加壓活塞桿的下端為球面弧形，所述壓頭的上端與該球 面弧形配合的設(shè)有球面凹槽，所述加壓活塞桿的下端經(jīng)掛圈固定在該球面凹槽 內(nèi)。加壓活塞桿與壓頭由球面萬向聯(lián)接，避免了煤樣的偏壓，實驗結(jié)果更能反 映煤樣的真實受力情況。作為優(yōu)選例，所述下蓋體上徑向設(shè)有與該下蓋體內(nèi)腔相通的引線孔，引線 孔內(nèi)設(shè)有密封螺桿，該密封螺桿的中部為空心，所述導(dǎo)線經(jīng)密封螺桿穿出液壓 缸之外。通過導(dǎo)線將內(nèi)部傳感器信號傳出缸體之外，由應(yīng)變儀接收以便監(jiān)測試 件在各方向的變形。作為優(yōu)選例，所述密封裝置由套裝在所述加壓活塞桿上的導(dǎo)向套及該導(dǎo)向 套上、下端的壓蓋和密封圈組成，壓蓋經(jīng)螺釘安裝在上座的頂端，該壓蓋的內(nèi) 壁安裝有防塵圈。該密封裝置不僅可以對反應(yīng)裝置起到密封作用，而且還可以對加壓活塞桿起導(dǎo)向作用，保證了加壓活塞桿穩(wěn)定施壓。作為優(yōu)選例，上述下壓塊的下端設(shè)有重力傳感器，該重力傳感器經(jīng)穿過所 述密封螺桿的導(dǎo)線與外界相通。通過重力傳感器隨時監(jiān)控煤樣所受的軸線壓力， 實驗過程更加準確。有益效果(1) 本發(fā)明主要通過在流變試驗裝置的壓力室內(nèi)設(shè)置定心裝置，使煤樣放 入后不會晃動，避免損壞煤樣，使煤樣成活率和穩(wěn)定性大大提高，因而，較原 來的流變試驗裝置，本發(fā)明所測得的試驗數(shù)據(jù)更加可靠；(2) 加壓活塞桿與煤樣墊塊之間由萬向頭球面聯(lián)接，可以避免煤樣產(chǎn)生偏 壓，增加了試驗的準確性。(3) 高壓密封的獨立氣路，使氣體壓力可達到6Mpa。下面結(jié)合附圖和實施例進一步對本發(fā)明加以說明


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例上座9的俯視圖；圖3為本發(fā)明實施例下蓋體1的俯視圖；圖4為本發(fā)明實施例上定心盤7的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的仰視圖；圖6為本發(fā)明實施例下定心盤5的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為圖6的仰視圖；圖8為本發(fā)明實施例固樣裝置與上壓塊20、下壓塊21的裝配圖； 圖9為本發(fā)明實施例下壓塊21及氣接頭30的組合圖；圖10為圖9的俯視圖； 圖11為圖9中I處的放大視圖； 圖12為本發(fā)明實施例墊塊31的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖13為圖12的俯視圖。
具體實施方式
如圖1所示，為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，液壓缸由下蓋體1和上座9 經(jīng)螺栓連接組成，下蓋體1和上座9接合處安裝有O型密封圈4，下蓋體1軸 向上設(shè)有開口向上的下內(nèi)腔26，所述上座9上設(shè)有開口向下的上內(nèi)腔25，該上 內(nèi)腔25與所述下內(nèi)腔26相通，該上內(nèi)腔25與所述下內(nèi)腔26形成液壓缸的壓 力室，該壓力室的下部安裝有承壓柱2，承壓柱2上安裝有稱重傳感器29，在 該承壓柱2上方安裝有上壓塊20、下壓塊21及該上壓塊20、下壓塊21之間的 固樣裝置，如圖8所示，上壓塊20上開有進氣通道20a，該進氣通道20a在上 壓塊20壁上的端口經(jīng)氣管28與安裝在下蓋體1上的進氣口 22相連通，進氣通 道20a的另一端口設(shè)置在上壓塊20下端的凹槽內(nèi)，如圖9及圖IO所示，上壓 塊20的下端焊接有氣接頭30，該氣接頭30的上端與上壓塊20相向地開有凹槽， 氣接頭30上設(shè)有若干貫通氣接頭30且與其凹槽相通的的第二氣道32，氣接頭 30上端的凹槽與所述上壓塊20下端的凹槽共同形成腔室38，所述進氣通道20a 經(jīng)該腔室38與所述第二氣道32相通；下壓塊21與上壓塊20的結(jié)構(gòu)相同，該 下壓塊21上的排氣通道21a在下壓塊21壁上的端口經(jīng)氣管28與安裝在下蓋體 1上的排氣口 3相連通，所述氣管28的兩端通過雙向接頭33與其它部件連接； 所述固樣裝置由膠套6及該膠套6上、下端內(nèi)套的墊塊31組成，膠套6的上、 下端套裝在墊塊31上，然后經(jīng)箍圈35箍緊，膠套6內(nèi)盛裝煤樣，膠套6的內(nèi)外壁均安裝有應(yīng)變計27，如圖12、圖13，墊塊31上與所述氣接頭30上的第二 氣道32相對的開有上下貫通的第一氣道36，該第一氣道36和所述第二氣道32 將所述進氣通道20a、排氣通道21a與膠套6的內(nèi)部連通，墊塊31與所述氣接 頭30接合處安裝有O型密封圈37，這樣，從進氣口22到膠套6，然后到排氣 口 3形成一個高壓密封的獨立氣路，使氣體壓力可達到6MPa，可以向煤樣內(nèi)充 入氮氣、氧氣、二氧化碳及甲垸等各種氣體。如圖l、圖4、圖5、圖6及圖7，固樣裝置的外部套裝有定心裝置，該定 心裝置由下定心盤5、上定心盤7及定位螺桿8組成，下定心盤5的下端設(shè)有凸 臺，通過凸臺，下定心盤5剛好蓋在下內(nèi)腔26的端口上，下定心盤5經(jīng)定位螺 桿8安裝在該下定心盤5上方，上定心盤7和下定心盤5的中心開有圓孔，所 述上壓塊20和下壓塊21分別安裝在上定心盤7和下定心盤5的中心圓孔內(nèi)， 所述上定心盤7和下定心盤5的圓環(huán)上均勻地開有8個小孔，該小孔不僅可以 穿過所述導(dǎo)管28，而且還可以使液壓油在壓力室內(nèi)暢通地流動。如圖1，上壓塊20上放置球頭座19，該球頭座19上放置壓頭18，該壓頭 18的上端與加壓活塞桿11的下端相連，加壓活塞桿11的下端為球面弧形，壓 頭18的上端與該球面弧形配合的設(shè)有球面凹槽，所述加壓活塞桿11的下端經(jīng) 掛圈17固定在該球面凹槽內(nèi)，加壓活塞桿與壓頭由球面萬向聯(lián)接，避免了煤樣 的偏壓，實驗結(jié)果更能反映煤樣的真實受力情況。加壓活塞桿ll的上端從所述 上座9的中部伸出，加壓活塞桿11與上座9接觸部分套裝有導(dǎo)向套15，該導(dǎo)向 套15的上、下端分別按照有壓蓋14和密封圈16，壓蓋14經(jīng)螺釘安裝在上座9 的頂端，該壓蓋14的內(nèi)壁安裝有防塵圈13，加壓活塞桿11的上部安裝有起升 螺母12;下蓋體1上設(shè)有進油通道23，該進油通道23與所述液壓缸的內(nèi)腔室相通，進油通道23與伺服液壓油泵連接，通過該進油通道23向壓力室內(nèi)注油， 實驗完成后，通過進油通道23和排空孔IO將液壓缸內(nèi)的油排出。如圖3所示，所述下蓋體1上徑向設(shè)有與液壓缸的下壓力室相通的8個引 線孔，引線孔內(nèi)設(shè)有密封螺桿24，密封螺桿24的中部為空心，連接所述應(yīng)變計 和稱重傳感器上的導(dǎo)線經(jīng)該密封螺桿24穿出液壓缸之外，與監(jiān)控設(shè)備相連。本發(fā)明實施例的操作過程為1、 先將煤樣放入膠套6用電吹風(fēng)機吹緊，然后放到定心裝置中心后用管箍 35與墊塊31聯(lián)接并箍緊以防漏氣和漏油。2、 聯(lián)接氣路，在有可能漏氣或漏油處均勻涂抹硅膠。3、 在煤樣膠套6外布設(shè)應(yīng)變片計27，并與引出線聯(lián)接。4、 放下壓力室上座9擰緊密封螺絲。5、 自然干燥24小時。5、 起動自行裝置，將壓力室送至島津?qū)嶒灆C下，起動供油系統(tǒng)，待壓力室 內(nèi)空氣排空后關(guān)閉排油排氣閥。6、 增加圍壓，同時起動島津?qū)嶒灆C增加軸壓到一定壓力下，進入流變過程。7、 起動供氣裝置，保持一定的瓦斯壓力。此時壓力室中煤樣即處于一種流 變滲流狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種煤巖流變滲流試驗裝置，包括下蓋體(1)、安裝在該下蓋體(1)上端的上座(9)，所述下蓋體(1)軸向上設(shè)有開口向上的下內(nèi)腔(26)，下內(nèi)腔(26)內(nèi)放置有下壓塊(21)，下壓塊(21)上方設(shè)有膠套(6)，該膠套(6)的上、下端均內(nèi)套有墊塊(31)，該墊塊(31)上設(shè)有上下貫通的第一氣道(36)，所述膠套(6)內(nèi)安裝有經(jīng)導(dǎo)線與外界相通的應(yīng)變計(27)，膠套(6)的上方設(shè)有上壓塊(20)，該上壓塊(20)與所述下壓塊(21)分別設(shè)有進氣通道(20a)和排氣通道(21a)，該進氣通道(20a)和排氣通道(21a)的一頭經(jīng)所述第一氣道(36)與所述膠套(6)內(nèi)部相通，該進氣通道(20a)和排氣通道(21a)的另一頭分別經(jīng)導(dǎo)管(28)與安裝在所述下蓋體(1)上的進氣口(22)和排氣口(3)相通，所述下蓋體(1)和上座(9)上分別設(shè)有進油通道(23)和排空孔(10)，其特征在于所述上座(9)上設(shè)有開口向下的上內(nèi)腔(25)，該上內(nèi)腔(25)與所述下內(nèi)腔(26)相通，所述上壓塊(20)和膠套(6)均位于該上內(nèi)腔(25)內(nèi)，該上內(nèi)腔(25)內(nèi)還設(shè)有定心裝置，該定心裝置由安裝在所述下內(nèi)腔(26)端口的下定心盤(5)以及經(jīng)定位螺桿(8)安裝在該下定心盤(5)上方的上定心盤(7)組成，上定心盤(7)和下定心盤(5)的中心開有圓孔，所述上壓塊(20)和下壓塊(21)分別安裝在上定心盤(7)和下定心盤(5)的中心圓孔內(nèi)，所述上定心盤(7)和下定心盤(5)的圓環(huán)上均設(shè)有小孔；所述上壓塊(20)上放置壓頭(18)，該壓頭(18)的頂端與加壓活塞桿(11)的下端相連，該加壓活塞桿(11)的上端從所述上座(9)的中部伸出，加壓活塞桿(11)與上座(9)之間設(shè)有密封裝置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖流變滲流試驗裝置，其特征在于所述上壓 塊(20)和下壓塊(21)在與所述墊塊(31)相接的一端固定安裝有氣接頭(30)，該氣接頭(30)上對應(yīng)設(shè)有與所述第一氣道(36)相通的第二氣道(32)，并且， 兩氣接頭(30)與所述上壓塊(20)、下壓塊(21)的接合處均設(shè)有腔室(38)， 所述進氣通道(20a)和排氣通道(21a)經(jīng)該腔室(38)與所述第二氣道(32) 相通。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖流變滲流試驗裝置，其特征在于所述加壓 活塞桿(11)的下端為球面弧形，所述壓頭(18)的上端與該球面弧形配合的 設(shè)有球面凹槽，所述加壓活塞桿(11)的下端經(jīng)掛圈(17)固定在該球面凹槽 內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤巖流變滲流試驗裝置，其特征在于所述下蓋 體(1)上徑向設(shè)有與該下蓋體(1)內(nèi)腔(26)相通的引線孔，引線孔內(nèi)設(shè)有 密封螺桿(24)，該密封螺桿(24)的中部為空心，所述導(dǎo)線經(jīng)密封螺桿(20) 穿出液壓缸之外。
5. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的煤巖流變滲流試驗裝置，其特征在于所述密封 裝置由套裝在所述加壓活塞桿(11)上的導(dǎo)向套(15)及該導(dǎo)向套(15)上、 下端的壓蓋(14)和密封圈(16)組成，壓蓋(14)經(jīng)螺釘安裝在上座(9)的 頂端，該壓蓋(14)的內(nèi)壁安裝有防塵圈(13)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的煤巖流變滲流試驗裝置，其特征在于所述下壓 塊(21)的下端設(shè)有重力傳感器(29)，該重力傳感器(29)經(jīng)穿過所述密封螺 桿(20)的導(dǎo)線與外界相通。
全文摘要
一種煤巖流變滲流試驗裝置，用于煤及中軟巖石的流變力學(xué)試驗及流變過程中的滲流試驗，主要通過在流變試驗裝置的壓力室內(nèi)設(shè)置定心裝置，該定心裝置由上定心盤和下定心盤經(jīng)定位螺桿連接而成，上定心盤和下定心盤的中心開有圓孔，所述上壓塊和下壓塊分別安裝在上定心盤和下定心盤的中心圓孔內(nèi)；所述上壓塊、下壓塊與膠套之間均設(shè)有墊塊，該墊塊上設(shè)有上下貫通的第一氣道，墊塊的一端與所述膠套相連，該墊塊的另一端與相應(yīng)壓塊的端部相連。本發(fā)明主要通過在流變試驗裝置的壓力室內(nèi)設(shè)置定心裝置，使煤樣放入后不會晃動，避免損壞煤樣，使煤樣成活率和穩(wěn)定性大大提高，因而，較原來的流變試驗裝置，本發(fā)明所測得的試驗數(shù)據(jù)更加可靠。
文檔編號G01N11/00GK101216405SQ200710093240
公開日2008年7月9日 申請日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者尹光志, 張東明, 李東偉, 浩 王, 王維忠, 魏作安, 滾 黃 申請人:重慶大學(xué)