CN108535125B - 二氧化碳破煤裂缝测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
二氧化碳破煤裂缝测试装置，包括固定筒，固定筒左端部和右端部分别固定设置有左挡板和右挡板，固定筒内设置有二氧化碳***管，二氧化碳***管的右端部与右挡板接触，二氧化碳***管的左端部设置有***孔，固定筒内左侧部滑动设置有煤样夹持器，左挡板的中心处设置有动力驱动机构，固定筒的顶部左侧设置有用于取放二氧化碳***管和煤样的开口，开口处设置有盖板。本发明还公开了二氧化碳破煤裂缝测试装置的测试方法，本发明为研究二氧化碳***产生的冲击对于煤的裂缝破坏效果与定压泄能机构的定压剪切片的强度、二氧化碳灌装量等因素之间的关系提供了技术支持，实现了二氧化碳***的定量化设计，具有良好的环境效益和经济效益。
Description
技术领域
本发明属于冲击测试技术领域，尤其涉及一种二氧化碳破煤裂缝测试装置及其测试方法。
背景技术
我国是世界上最大的原煤生产国和消费国，同时也是各类矿井灾害最多发的国家。在各类煤矿灾害中，瓦斯灾害尤为严重，造成了巨大的经济损失和恶劣的社会影响。同时，煤层瓦斯（煤层气）也是一种洁净的清洁能源，具有广阔的开发前景。
二氧化碳破煤是一种新型煤炭开采的***技术，二氧化碳***与传统的火药***不同，它是冲击***与后期气体静压作用的效果。
二氧化碳***作为一种新型***技术，需要研究***破煤裂缝的作用效果与定压剪切片的强度、二氧化碳灌装量等因素之间的关系，确定其***威力，为现场实际应用提供理论基础。如在矿井巷道内进行实验,需要打孔、推送二氧化碳致裂器、封孔等工作，给现场生产带来巨大的人力、物力消耗，影响矿井的正常生产，同时裂缝的发育规律也无法直接观察计算。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种原理科学、便于操作、安全可靠、为二氧化碳破煤技术较精确的提供理论支撑的二氧化碳破煤裂缝测试装置及其测试方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：二氧化碳破煤裂缝测试装置，包括中心线沿左右方向水平设置的固定筒，固定筒的左端部和右端部分别固定设置有左挡板和右挡板，固定筒内右侧部同轴向设置有二氧化碳***管，二氧化碳***管的右端部与右挡板接触，右挡板上开设有用于穿过二氧化碳***管控制线的穿线孔，二氧化碳***管的左端部设置有***孔，固定筒内左侧部滑动设置有煤样夹持器，煤样夹持器内夹持有煤样，左挡板的中心处设置有用于驱动煤样夹持器沿固定筒内壁左右滑动的动力驱动机构，固定筒的顶部左侧设置有用于取放二氧化碳***管和煤样的开口，开口的长度大于二氧化碳***管的长度，开口处设置有盖板。
煤样夹持器包括圆盘板和夹持筒，圆盘板、夹持筒和固定筒的中心线重合，圆盘板的外径等于固定筒的内径，夹持筒的内径小于固定筒的内径，夹持筒的右端敞口，圆盘板的右侧面与夹持筒的左端部固定连接，圆盘板的外圆周与固定筒的内壁滑动连接，圆盘板上开设有透气孔。
动力驱动机构包括丝杆、螺母、压力轴承和手柄，压力轴承的外圈同轴向固定连接在圆盘板的左侧面，螺母设有两个，左挡板的中心处开设有通孔，两个螺母分别固定设置在左挡板的左侧面和右侧面，通孔和两个螺母的中心线重合，丝杆穿过通孔和两个螺母并与螺母螺纹连接，丝杆右端过盈装配在压力轴承的内圈内部，手柄设置在丝杆的左端。
开口和盖板均为半圆筒形状，盖板的长度等于开口的长度，盖板的后侧通过合页铰接在固定筒后侧部，盖板的前侧下边沿处固定设置有下连接板，固定筒的前侧部上边沿固定设置有上连接板，下连接板与上连接板之间通过螺栓组件连接。
二氧化碳破煤裂缝测试装置的测试方法，包括以下步骤：
（1）、拧下螺栓组件，向上掀开盖板，把圆柱体形状的煤样通过开口放置到煤样夹持器的夹持筒内，合上盖板，拧上螺栓组件；
（2）、手持手柄转动，驱动丝杠转动，由于压力轴承的设置，丝杆与压力轴承的内圈转动，通过压力轴承的外圈推动圆盘板沿固定筒内壁向右移动，直到煤样右端面与二氧化碳***管的左端部设置的***孔顶压接触后停止转动手柄；
（3）、通过控制线操控二氧化碳***管，按照连接发爆器—充电—引爆的顺序进行***，***管的压力根据不同压力的***片型号决定,达到***片压力二氧化碳开始***，通过***孔迅速作用于煤样，二氧化碳气体穿过圆盘板上开设的透气孔充斥于固定筒，固定筒温度升高，气体压力增大；
（4）、固定筒冷却到室温后，松开螺栓组件，打开盖板，反向转动手柄，使煤样向左移动，取出煤样观测煤样裂缝情况。
采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
A、通过转动手柄，驱动丝杆转动使煤样夹持器沿固定筒向左移动，使煤样的右端部与二氧化碳***管的***孔压接配合，以保证二氧化碳***管在***时能直接作用于煤样，减少能量的散失。
B、盖板与固定筒的开口之间连接处采用防止高压和防腐蚀的胶体进行密封，以保证比较高的围压或者***的气体正常密封，提高测试的精确度和效果。
C、采用丝杆转动的方式来驱动煤样夹持器轴向移动，实现煤样与二氧化碳***管之间接触时的无极调节，在丝杠转动时压力轴承起到轴承支撑且避免煤样夹持器转动。，
D、煤样夹持器采用内径和长度均可以调节尺寸的夹持装置，这样可以适应为不同尺寸的煤样裂缝破裂规律的研究。
E、螺栓组件选用抗高压、抗冲击的材料。以保证在较高的***冲击下螺栓组件的破坏。
本发明实现了二氧化碳***煤岩裂缝发育的测试，为研究二氧化碳***产生的冲击对于煤的裂缝破坏效果与定压泄能机构的定压剪切片的强度、二氧化碳灌装量等因素之间的关系提供了技术支持，实现了二氧化碳***的定量化设计，推广了现场使用范围，具有良好的环境效益和经济效益。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中A-A剖视图。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的二氧化碳破煤裂缝测试装置，包括中心线沿左右方向水平设置的固定筒1，固定筒1的左端部和右端部分别固定设置有左挡板2和右挡板3，固定筒1内右侧部同轴向设置有二氧化碳***管4，二氧化碳***管4的右端部与右挡板3接触，右挡板3上开设有用于穿过二氧化碳***管4控制线的穿线孔5，二氧化碳***管4的左端部设置有***孔6，固定筒1内左侧部滑动设置有煤样夹持器，煤样夹持器内夹持有煤样8，左挡板2的中心处设置有用于驱动煤样夹持器沿固定筒1内壁左右滑动的动力驱动机构，固定筒1的顶部左侧设置有用于取放二氧化碳***管4和煤样8的开口，开口的长度大于二氧化碳***管4的长度，开口处设置有盖板9。
煤样夹持器包括圆盘板10和夹持筒11，圆盘板10、夹持筒11和固定筒1的中心线重合，圆盘板10的外径等于固定筒1的内径，夹持筒11的内径小于固定筒1的内径，夹持筒11的右端敞口，圆盘板10的右侧面与夹持筒11的左端部固定连接，圆盘板10的外圆周与固定筒1的内壁滑动连接，圆盘板10上开设有透气孔12（透气孔12起到增大二氧化碳***时固定筒1内部空间的作用）。
动力驱动机构包括丝杆13、螺母14、压力轴承15和手柄16，压力轴承15的外圈同轴向固定连接在圆盘板10的左侧面，螺母14设有两个，左挡板2的中心处开设有通孔，两个螺母14分别固定设置在左挡板2的左侧面和右侧面，通孔和两个螺母14的中心线重合，丝杆13穿过通孔和两个螺母14并与螺母14螺纹连接，丝杆13右端过盈装配在压力轴承15的内圈内部，手柄16设置在丝杆13的左端。
开口和盖板9均为半圆筒形状，盖板9的长度等于开口的长度，盖板9的后侧通过合页17铰接在固定筒1后侧部，盖板9的前侧下边沿处固定设置有下连接板18，固定筒1的前侧部上边沿固定设置有上连接板19，下连接板18与上连接板19之间通过螺栓组件20连接。
本发明的二氧化碳破煤裂缝测试装置的测试方法，包括以下步骤：
（1）、拧下螺栓组件20，向上掀开盖板9，把圆柱体形状的煤样8通过开口放置到煤样夹持器的夹持筒11内，合上盖板9，拧上螺栓组件20；
（2）、手持手柄16转动，驱动丝杠转动，由于压力轴承15的设置，丝杆13与压力轴承15的内圈转动，通过压力轴承15的外圈推动圆盘板10沿固定筒1内壁向右移动，直到煤样8右端面与二氧化碳***管4的左端部设置的***孔6顶压接触后停止转动手柄16；
（3）、通过控制线操控二氧化碳***管4，按照连接发爆器—充电—引爆的顺序进行***，***管的压力根据不同压力的***片型号决定（60MPa,80MPa等）,达到***片压力二氧化碳开始***，通过***孔6迅速作用于煤样8，二氧化碳气体穿过圆盘板10上开设的透气孔12充斥于固定筒1，固定筒1温度升高，气体压力增大；
（4）、固定筒1冷却到室温后，松开螺栓组件20，打开盖板9，反向转动手柄16，使煤样8向左移动，取出煤样8观测煤样8裂缝情况。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构、方向等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (2)
1.二氧化碳破煤裂缝测试装置，其特征在于：包括中心线沿左右方向水平设置的固定筒，固定筒的左端部和右端部分别固定设置有左挡板和右挡板，固定筒内右侧部同轴向设置有二氧化碳***管，二氧化碳***管的右端部与右挡板接触，右挡板上开设有用于穿过二氧化碳***管控制线的穿线孔，二氧化碳***管的左端部设置有***孔，固定筒内左侧部滑动设置有煤样夹持器，煤样夹持器内夹持有煤样，左挡板的中心处设置有用于驱动煤样夹持器沿固定筒内壁左右滑动的动力驱动机构，固定筒的顶部左侧设置有用于取放二氧化碳***管和煤样的开口，开口的长度大于二氧化碳***管的长度，开口处设置有盖板；
煤样夹持器包括圆盘板和夹持筒，圆盘板、夹持筒和固定筒的中心线重合，圆盘板的外径等于固定筒的内径，夹持筒的内径小于固定筒的内径，夹持筒的右端敞口，圆盘板的右侧面与夹持筒的左端部固定连接，圆盘板的外圆周与固定筒的内壁滑动连接，圆盘板上开设有透气孔；
动力驱动机构包括丝杆、螺母、压力轴承和手柄，压力轴承的外圈同轴向固定连接在圆盘板的左侧面，螺母设有两个，左挡板的中心处开设有通孔，两个螺母分别固定设置在左挡板的左侧面和右侧面，通孔和两个螺母的中心线重合，丝杆穿过通孔和两个螺母并与螺母螺纹连接，丝杆右端过盈装配在压力轴承的内圈内部，手柄设置在丝杆的左端；
开口和盖板均为半圆筒形状，盖板的长度等于开口的长度，盖板的后侧通过合页铰接在固定筒后侧部，盖板的前侧下边沿处固定设置有下连接板，固定筒的前侧部上边沿固定设置有上连接板，下连接板与上连接板之间通过螺栓组件连接。
2.采用如权利要求1所述的二氧化碳破煤裂缝测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、拧下螺栓组件，向上掀开盖板，把圆柱体形状的煤样通过开口放置到煤样夹持器的夹持筒内，合上盖板，拧上螺栓组件；
（2）、手持手柄转动，驱动丝杠转动，由于压力轴承的设置，丝杆与压力轴承的内圈转动，通过压力轴承的外圈推动圆盘板沿固定筒内壁向右移动，直到煤样右端面与二氧化碳***管的左端部设置的***孔顶压接触后停止转动手柄；
（3）、通过控制线操控二氧化碳***管，按照连接发爆器—充电—引爆的顺序进行***，***管的压力根据不同压力的***片型号决定,达到***片压力二氧化碳开始***，通过***孔迅速作用于煤样，二氧化碳气体穿过圆盘板上开设的透气孔充斥于固定筒，固定筒温度升高，气体压力增大；
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