CN105158139A - 三轴渗流装置的改进结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴渗流装置的改进结构。本发明采用导线将压力腔体内的应变片与压力腔体外的应变仪进行连接，并且又不能降低三轴渗透设备整体的密封性，保证即使在较大的围压和轴压条件下，煤样不漏油，实验可正常进行，对设备原有的油堵结构进行了改进，设置了合理的导线接入方式，并优化筛选了适合的密封件，该方案使设备保持为一个整体，不影响使用的稳定性，且充分保证了连接位置的密封性，经实验检测，上述结构合理可行，能保证后续实验的正常进行。本发明结构简单，成本低廉，使用效果好。

Description

三轴渗流装置的改进结构

技术领域

本发明涉及机械技术领域，具体地涉及一种三轴渗流装置的改进结构。

背景技术

人类的采掘活动会导致煤岩体发生破坏和变形，进而改变煤岩体中的瓦斯渗流特性。随着煤矿开采的深部延伸，煤岩动力现象日益频繁，煤与瓦斯突出随时威胁着煤矿的安全生产，煤与瓦斯突出主要受到煤层的应力状态、煤层中瓦斯及煤层的力学特性等因素影响，而上述研究领域一直都是众多学者关注和研究的热点。在国外，从20世纪70、80年代开始，W.J.Sommerton、C.R.McKee、Harpalani、大冢一雄、樋口澄志等学者先后利用自制的三轴渗流设备开展了应力、孔隙度、吸附解析过程等因素对煤层渗透率影响的研究工作。国内20世纪80年代开始，周世宁、赵阳升、鲜学福、潘一山等一大批学者也都利用各种研发的三轴渗流设备就应力，温度、电场强度，孔隙压力等因素对含瓦斯煤的力学特性、变形特征及渗流规律进行了大量的试验和理论研究。在煤矿的采掘生产中，工作面煤体所受的应力会随工作面的推进而变化，地温也将随着开采深度的变化而波动，煤岩***上总作用力的变化，使得煤体骨架上的有效应力也随之改变，导致煤体内部应力场重构，煤体内部的孔裂隙状态会因应力的改变而变化，进而引起煤层渗透率的变化。与此同时，应力场的变化使流动瓦斯参与煤层***中的热量传递与热交换，影响了煤层温度场分布。此外，瓦斯吸附、解吸过程也会影响煤层的变形特性及温度场分布。温度场所引起的热应力又会改变应力和温度分布，对煤层变形特性带来影响。可见，煤层受到应力场和温度场作用的同时，并与煤的吸附、解吸共同构成了一个动态耦合过程。因此，研究热流固耦合条件下含瓦斯煤变形破坏过程的渗流规律，对认识采动过程含瓦斯煤体渗透特性的演化规律具有重要的工程意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是：提供一种测定含瓦斯煤变形破坏过程渗流规律的三轴渗流装置，它可准确地测出实验结果，反映应力、温度及瓦斯压力等条件变化过程中含瓦斯煤的变形情况；并且在该过程中能够准确的测出上述实验条件下含瓦斯煤的渗透率值。

本发明是这样实现的：三轴渗流装置的改进结构，包括三轴渗流装置的压力腔体，以及设置在压力腔体的卸油口上的油堵，油堵为外六边形结构，在油堵的中部设有圆形的穿线通孔，导线穿过穿线通孔，导线与穿线通孔之间设有环氧树脂密封圈，导线的一端处于压力腔体外，并与应变仪连接，导线的另一端处于压力腔体内；在压力腔体内设有热缩管，在热缩管内设有用于与煤样接触的应变片，导线穿过热缩管与应变片连接，并在导线与热缩管的接触位置处设有玻璃胶密封圈。

所述油堵的穿线通孔直径为4mm。之所以选取直径为4mm的穿线通孔，是因为油堵本身的直径为12mm，若穿线通孔直径过大，既会影响油堵的强度，又会因穿线通孔过大而影响其和导线之间的密封性。根据实验中传递含瓦斯煤变形信号数据的要求，油堵中间需穿过4根导线，如果设置的穿线通孔太小，导线将无法穿过。根据测试，4mm正好能满足上述要求，所以选择穿线通孔的直径为4mm。

所述导线的导电横截面直径为0.6mm²。应变仪和应变片之间通过导线的连接才能在仪器上显示出读数。若选用的导线较细，在连接过程中容易断，造成线路短路，而没有信号输出。

发明人还对导线与穿线通孔之间的密封件进行了筛选实验，结果如表1所示，

通过测试，选用普通胶水作为密封胶的实验以失败告终，这是因为普通胶水的粘性虽好，但不能承受压力。含瓦斯煤的变形实验需在一定的压力条件下进行，所以选择普通胶水不可行。AB胶虽是常温硬化胶水的一种，并且两种胶混合后的硬度很大，能够承受一定的压力，但是所做实验并不是在相对干燥的条件下进行的，会有液压油对其硬度有干扰，不能长时间在油的情况下进行，只能承受一定的压力，也满足实验的需要。环氧树脂的力学性能高，具有很强的内聚力，分子结构致密，并且能够在复杂的条件下使用。本次改造选用环氧树脂作为密封胶时可承受实验所需要的压力，在实验过程中取得了成功。

另外，导线穿过热缩管与贴在煤样上的应变片相连，这个过程中需要考虑热缩管和导线之间密封性，以防止因为压力增大使液压油进入到煤样中，导致电路短路，而影响仪表上的读数。

第一次实验是把导线和应变片相连后，导线从煤样的两端接出，用管箍紧紧的扣紧后，将实验设备装好。在实验过程中应变仪器上没有读数，并且在加围压和轴压以后，围压和轴压的读数会有变化，一直下降，表明在腔体内部煤体和液压油之间密封性不好。结束试验后拆开实验设备后发现液压油进入到煤体里面，实验失败。

在第一次实验的基础上对导线和应变片之间做了进一步的改造，使导线直接穿过热缩管和应变片相接。吹塑后两端固定做了第二次的实验。在这一次的试验中刚开始应变仪器上是有读数的，说明电路之间是相通的，证明了接线的可行性。但是随着围压和轴压的不断增大，应变仪上的读数消失，说明电路短路，没有信号的输出。拆开仪器后发现煤样进油，说明随着压力的不断增加，导线和热缩管的密封性出现了问题。

第三次实验在前两次的基础上又进行了改造，在导线穿过热缩管后在导线和热缩管之间涂覆一层玻璃胶制成密封件。使之在加压过程之中还保持很好的密封性，不会因为加压以后使液压油进入煤样之中。在实验过程中，随着压力的变化，应变仪器上的读数也有变化。证明了此次试验的可行性。

由于采用以上技术方案，本发明采用导线将压力腔体内的应变片与压力腔体外的应变仪进行连接，并且又不能降低三轴渗透设备整体的密封性，保证即使在较大的围压和轴压条件下，煤样不漏油，实验可正常进行，对设备原有的油堵结构进行了改进，设置了合理的导线接入方式，并优化筛选了适合的密封件，该方案使设备保持为一个整体，不影响使用的稳定性，且充分保证了连接位置的密封性，经实验检测，这样的结构合理可行，能保证后续实验的正常进行。本发明结构简单，成本低廉，使用效果好。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中的I部放大图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的限制。

本发明的实施例：三轴渗流装置的改进结构，包括三轴渗流装置的压力腔体1，以及设置在压力腔体1的卸油口上的油堵2，油堵2为外六边形结构，在油堵2的中部设有圆形的穿线通孔3，导线4穿过穿线通孔3，导线4与穿线通孔3之间设有环氧树脂密封圈5，导线4的一端处于压力腔体1外，并与应变仪6连接，导线4的另一端处于压力腔体1内；在压力腔体1内设有热缩管8，在热缩管8内设有用于与煤样接触的应变片9，导线4穿过热缩管8与应变片9连接，并在导线4与热缩管8的接触位置处设有玻璃胶密封圈10；所述的油堵2的穿线通孔3的直径为4mm；所述的导线4的导电横截面的直径为0.6mm²。

本发明中，三轴渗流装置的基本结构是基于申请人在先申请的实用新型专利ZL201320714303.0中所公开的装置。

Claims (3)

1.一种三轴渗流装置的改进结构，包括三轴渗流装置的压力腔体（1），以及设置在压力腔体（1）的卸油口上的油堵（2），其特征在于：油堵（2）为外六边形结构，在油堵（2）的中部设有圆形的穿线通孔（3），导线（4）穿过穿线通孔（3），导线（4）与穿线通孔（3）之间设有环氧树脂密封圈（5），导线（4）的一端处于压力腔体（1）外，并与应变仪（6）连接，导线（4）的另一端处于压力腔体（1）内；在压力腔体（1）内设有热缩管（8），在热缩管（8）内设有用于与煤样接触的应变片（9），导线（4）穿过热缩管（8）与应变片（9）连接，并在导线（4）与热缩管（8）的接触位置处设有玻璃胶密封圈（10）。

2.根据权利要求1所述的三轴渗流装置的改进结构，其特征在于：所述的油堵（2）的穿线通孔（3）的直径为4mm。

3.根据权利要求1所述的三轴渗流装置的改进结构，其特征在于：所述的导线（4）的导电横截面的直径为0.6mm²。