一种多剪切端面损伤渗流动态测试系统

技术领域

本发明公开了一种多剪切端面损伤渗流动态测试系统，属于渗流力学实验装置技术领域。

背景技术

煤炭在我国一次能源消费结构中占主体地位，煤炭层中的瓦斯赋存条件较为复杂，其中高瓦斯煤炭层约占50％-70％。随着我国煤矿开采深度的增加，地质条件日趋复杂，煤矿瓦斯灾害的威胁不容轻视。同时瓦斯还是一种温室气体，能够破坏臭氧层，影响人类的居住环境，因此瓦斯的抽采对于经济发展和环境保护均具有重大意义。

瓦斯的抽采效果受到渗透率的显著影响。渗透率是表征瓦斯在煤体中流动能力的一个重要参数，其主要由煤体裂隙开度、数量及连续性和基质特性等决定。煤炭开采涉及到的钻孔施工、巷道开挖、保护层开采等均会带来煤体损伤，损伤煤体会发生膨胀扩容，渗透率得以急剧增大，增大倍数可达成百上千倍。故与煤体裂隙开度、数量、基质特性等相比，煤体损伤对渗透率的影响是最为显著的。现有技术中，对于损伤状态下的煤体渗透率的探测装置较少，且测试结果的准确性不够。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种多剪切端面损伤渗流动态测试系统，能够准确反映损伤状态下煤体的渗透率。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种多剪切端面损伤渗流动态测试系统，所述系统包括剪切端面组合体，所述剪切端面组合体位于胶套两端，所述胶套位于夹持腔体内部，所述夹持腔体左端连接左压帽，所述左压帽连接固定活塞，所述固定活塞设有气体进入孔和轴向压力液进入孔；所述夹持腔体右端连接右压帽，所述右压帽连接组合活塞，所述组合活塞设有气体出气孔；所述夹持腔体表面设有围压注入孔。

进一步地，所述胶套包裹煤样。

进一步地，所述剪切端面组合体设有气体进入孔和拆卸孔。

进一步地，所述胶套的左右两端分别安装带有固定堵头和组合堵头的剪切端面组合体。

进一步地，所述剪切端面组合体包括钢制块体和软塑块体中的一种或多种的组合物。

进一步地，所述夹持腔体配有单独加热套。

进一步地，所述气体进气孔通过设有气体进气阀门的管路与气瓶连接。

进一步地，所述轴向注入孔与所述围压注入孔分别通过管路与轴向压力伺服加载装置和围压伺服加载装置连接。

进一步地，所述气体出气孔通过设有气体出气阀门的管路与气体流量计连接。

进一步地，所述剪切端面组合体设有气体进入孔和拆卸孔。

本发明包括以下有益效果：

设置不同比例的钢质块体和软塑块体组合而成的剪切端面组合体，实现不同比例的剪切端面及不同剪切程度的损伤煤体渗透率测试。

安装拆卸方便、结构可靠、改造成本低和加载力分布均匀。

利用可拆卸的胶套可防止胶套变形，进而确保实验的准确性。

设置专属的伺服加载装置，实现了轴向压力、围压的独立控制和可视化监测，并保证实验数据记录的稳定性，通过电脑终端实现实验数据的实时反馈。

附图说明

图1为多剪切端面损伤渗流动态测试系统的结构示意图。

图2为6套不同比例的剪切端面组合体示意图。

图中所示标注含义：1-轴向压力液注入孔、2-气体进入孔、3-左压帽、4-夹持腔体、5-胶套、6-围压注入孔、7-右压帽、8-组合活塞、9-气体出气孔、10-固定活塞、11-固定堵头、12-组合堵头、13-围压伺服加载装置、14-固定钢质块体、15-固定软塑块体、16-煤样、17-活动软塑块体、18-活动钢质块体、19-气体出气阀门、20-气体流量计、21-气体进气阀门、22-气瓶、23-轴向压力伺服加载装置、24-拆卸孔。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创新性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

一种多剪切端面损伤渗流动态测试系统，包括以下步骤：

首先将煤样16送入夹持腔体4内的胶套5中，胶套5包裹煤样16，打开气瓶22和气体进气阀门21，气体通过气体进入孔2向胶套5中的煤样16通入气体。将轴向压力液注入孔1与轴向压力伺服加载装置23连接，驱动连接有左压帽3的固定活塞10向由固定钢质块体14和固定软塑块体15组合而成的固定堵头11施加预定的剪切应力，将围压注入孔6与围压伺服加载装置13连接并施加围压压力，开展剪切破坏操作，不断推压固定堵头11，使煤样16受到挤压。另一端的组合堵头12由活动钢质块体18和活动软塑块体17组合而成，由于活动软塑块体17的硬度及刚度均小于活动钢质块体18，在活动软塑块体17端面区域形成弱面，煤样16受到固定堵头11端的推压在该处位移量大，而在活动钢质块体18端面区域位移量小，进而形成对煤样16的剪切破坏。在整个推压剪切煤样16过程中，气体穿过煤样16驱动连接有右压帽7的组合活塞8将气体通过气体出气孔9和气体出气阀门19到达气体流量计20，通过气体流量计实时监测通过煤样16的气体量并计算渗透率。通过在组合堵头12处依次更换6套不同比例的可拆换式剪切端面组合体，所述组合体上设有气体进入孔2和拆卸孔24，即50％半圆形钢质块体和50％半圆形软塑块体、40％圆弧形钢质块体和60％圆弧形软塑块体、30％圆弧形钢质块体和70％圆弧形软塑块体、20％圆弧形钢质块体和80％圆弧形软塑块体、10％圆弧形钢质块体和90％圆弧形软塑块体体和100％圆形钢质块体，实现不同剪切端面及不同剪切程度的损伤煤体渗透率测试。实时记录不同剪切端面组合体情况下，煤样16剪切破坏过程的渗透率变化，导出数据，结束实验。实验数据见下表1。

表1

结合表中数据可知：

(1)本发明能够实时监测煤样16在不同应力大小下损伤后，在不同比例的剪切端面及不同剪切程度下的损伤煤体渗透率测试，结果准确可靠；

(2)剪切端面组合体便于拆卸更换，结构简单，应力加载分布均匀。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。