水冰相变冻胀作用多维参数测试装置、测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种水冰相变冻胀作用多维参数测试装置、测试方法，该装置包括液氮供给机构、压力测试系统、信号采集系统、数据处理系统，所述液氮供给机构的出口通过管道连接压力测试系统内的试验煤体，所述压力测试系统、信号采集系统的信号输出端分别连接数据处理系统。该方法是将液氮注入置于压力测试系统内的试验煤体的钻孔内，利用压力测试系统、信号采集系统对液氮冻结试验煤体冻胀压力、试验煤体形变、试验煤体表面温度分布梯度及液氮流量进行信息采集，数据处理系统利用所采集的信息得到不同液氮流量试验煤体水冰相变冻胀参数。该装置能够有效测量液氮冻结试验煤体水冰相变冻胀作用多维参数；该测量方法则能够有效确定最优液氮流量，为工程实践提供借鉴；本发明专利技术的测试装置能够对任意试验煤体进行测量。测试装置能够对任意试验煤体进行测量。测试装置能够对任意试验煤体进行测量。

【技术实现步骤摘要】
水冰相变冻胀作用多维参数测试装置、测试方法


[0001]本专利技术属于煤炭开采领域，涉及一种多维参数测试装置，具体地说是涉及一种水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，本专利技术还提供了一种水冰相变冻胀作用多维参数的测试方法。

技术介绍

[0002]瓦斯作为清洁能源，能改善能源现状，优化能源结构，缓解化石燃料带来的环境污染。但由于我国地质构造复杂，煤层渗透率低、孔隙发育不完整，导致瓦斯抽采效果不理想，极易发生瓦斯灾害，而瓦斯灾害作为制约煤炭行业发展的重要因素，会造成人员伤亡、设备损坏和矿井停产。
[0003]为此，近些年，大量煤层致裂技术被应用到煤层瓦斯抽采领域，例如水力压裂、水利割缝、保护层开采、爆破法、高能震爆法等一系列致裂方法在煤层增透领域得到了应用，促进了煤层瓦斯抽采。而随着技术进步和生产要求提高，以CO2和液氮为代表的无水致裂技术逐渐发展起来，特别是液氮，具有易制取（利用氮气制取）、无污染（产物为氮气）、超低温（
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196℃）和高体积膨胀率（1L液氮汽化为696L氮气）等优点，受到越来越多关注。
[0004]而为定量探究液氮冻结过程水冰相变对试验煤体作用效果，需要设计一种液氮冻结试验煤体水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，以实现观测液氮流量对试验煤体水冰相变多维参数改造规律，确定最优液氮流量，为工程实践提供借鉴。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的，是要提供一种水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，实现对液氮冻结水冰相变冻胀压力、试验煤体形变测量；观察试验煤体表面温度分布梯度，统一水冰相变试验煤体冻胀形变、冻胀压力和表面温度分布梯度；同时实现测量液氮流量，观测液氮流量对试验煤体水冰相变多维参数改造规律。
[0006]本专利技术的另一目的是，提供一种水冰相变冻胀作用多维参数的测试方法，该方法能够有效测量液氮冻结水冰相变冻胀压力、试验煤体形变、试验煤体表面温度分布梯度。
[0007]本专利技术为实现上述目的，所采用的技术方案如下：一种水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，它包括液氮供给机构，用于对试验煤体进行压力测试的压力测试系统，用于对试验煤体的表面温度、冻结中试验煤体形变监测的信号采集系统，以及用于对采集信号进行处理的数据处理系统，所述液氮供给机构的出口通过管道连接压力测试系统内的试验煤体，且管道上设有控制液氮流量的控制阀；所述压力测试系统、信号采集系统的信号输出端分别连接数据处理系统。
[0008]对于本专利技术的限定：所述信号采集系统包括测量管道内液氮压力的压力表、测量注入试验煤体液氮流量的流量传感器、对试验煤体的表面温度进行采集的红外热成像设备，以及对冻结中试验煤体形变进行监测的形变监测设备，其中形变监测设备与压力测试系统共同设于光学平台上，且压力测试系统固设于光学平台上，形变监测设备通过导轨设
于光学平台上。
[0009]对于本专利技术的进一步限定：所述压力测试系统包括设于光学平台上、顶端具有开口的外壳，在外壳内设置有顶端具有开口、用于放置试验煤体的反应室，所述反应室与外壳之间设有压力传感器和温度传感器，所述压力传感器与温度传感器的信号输出端连接数据处理系统；还包括用于密封反应室、外壳开口及试验煤体钻孔的封口机构，所述封口机构上设有用于将液氮引入试验煤体的液氮注入管。
[0010]对于本专利技术中形变检测设备的限定：所述形变监测设备包括设于光学平台上的光源机构、反射机构、图像采集机构，其中反射机构与图像采集机构分别通过导轨设于光学平台上。
[0011]对于本专利技术中光源机构、图像采集结构的限定：所述光源机构包括通过支架设于光学平台上的照射灯，所述反射机构包括设于导轨上的位移台，位移台上固设有反光镜组件，位移台的顶端固设有电控旋转头；所述图像采集机构包括二维平移台，所述二维平移台上设有CCD，CCD上设有镜头。
[0012]本专利技术还提供了一种水冰相变冻胀作用多维参数的测试方法，该方法是将液氮注入置于压力测试系统内的试验煤体的钻孔内，利用压力测试系统、信号采集系统对液氮冻结试验煤体冻胀压力、试验煤体形变、试验煤体表面温度分布梯度及液氮流量进行信息采集，并通过控制阀调节液氮流量，数据处理系统利用所采集的信息得到不同液氮流量试验煤体水冰相变冻胀参数。
[0013]作为对水冰相变冻胀作用多维参数的测试方法的限定：其包括依次进行的以下步骤：一、对试验煤体打孔，放入压力测试系统内密封；二、打开控制阀，液氮通过管道注入试验煤体，试验煤体的水冰相变冻胀压力、液氮流量、试验煤体表面温度分布、试验煤体形变特征分别传送至数据处理系统；三、通过数据处理系统记录液氮冻结试验煤体水冰相变冻胀作用下多维参数数据；通过控制阀调整液氮流量，测量液氮流量对液氮冻结试验煤体水冰相变多维参数影响。
[0014]本专利技术由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：利用本专利技术的水冰相变冻胀作用多维参数测试装置能够对液氮冻结试验煤体水冰相变冻胀作用多维参数测试，可测量液氮流量、水冰相变冻胀压力、水冰相变试验煤体形变和试验煤体表面温度分布梯度，得到液氮冻结过程水冰相变对试验煤体的作用机制。利用水冰相变冻胀作用多维参数测试装置的测试方法能够统一试验煤体水冰相变冻胀应力与试验煤体表面温度，探究液氮注入过程最优液氮流量。
[0015]综上所述，本专利技术的装置能够有效测量液氮冻结试验煤体水冰相变冻胀作用多维参数；本专利技术的测量方法则能够有效确定最优液氮流量，为工程实践提供借鉴；本专利技术的水冰相变冻胀作用多维参数的测试装置能够对任意试验煤体进行测量。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例的结构示意图；图2为图1中压力测试系统的结构示意图。
[0017]图中：1、液氮罐，2、控制阀，3、压力表，4、管道，5、流量传感器，6、压力测试系统，6
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1、液氮注入管，6
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2、定位柱，6
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3、固定螺母，6
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4、垫片，6
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5、顶盖，6
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6、顶板，6
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7、压力传感器，6
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8、温度传感器，6
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9、封孔器，6
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10、试验煤体，6
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11、反应室，6
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12、外壳，7、光学平台，8、反射镜组件，9、位移台，10、电控旋转头，11、镜头，12、CCD，13、二维平移台，14、导轨，15
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数据传输线，16
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红外热成像仪，17
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可伸缩支架，18
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数据处理系统，19
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照射灯。
具体实施方式
[0018]为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。
[0019]实施例 水冰相变冻胀作用多维参数测试装置、测试法方法本实施例中所述的“前”“后”“左”“右”均是为了方便描述而定义，不构成对本专利技术保护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，其特征在于，它包括液氮供给机构，用于对试验煤体进行压力测试的压力测试系统，用于对试验煤体的表面温度、冻结中试验煤体形变监测的信号采集系统，以及用于对采集信号进行处理的数据处理系统，所述液氮供给机构的出口通过管道（4）连接压力测试系统内的试验煤体，且管道（4）上设有控制液氮流量的控制阀（2）；所述压力测试系统、信号采集系统的信号输出端分别连接数据处理系统。2.根据权利要求1所述的水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，其特征在于，所述信号采集系统包括测量管道（4）内液氮压力的压力表（3）、测量注入试验煤体液氮流量的流量传感器（5）、对试验煤体的表面温度进行采集的红外热成像设备，以及对冻结中试验煤体形变进行监测的形变监测设备，其中形变监测设备与压力测试系统共同设于光学平台（7）上，且压力测试系统固设于光学平台（7）上，形变监测设备通过导轨（14）设于光学平台（7）上。3.根据权利要求2所述的水冰相变冻胀作用多维参数测试装置，其特征在于，所述压力测试系统包括设于光学平台（7）上、顶端具有开口的外壳（6
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12），在外壳（6
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12）内设置有顶端具有开口、用于放置试验煤体的反应室（6
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11），所述反应室（6
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11）与外壳（6
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12）之间设有压力传感器（6
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7）和温度传感器（6
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8），所述压力传感器（6
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7）与温度传感器（6
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8）的信号输出端连接数据处理系统；还包括用于密封反应室（6
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11）、外壳（6<...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦雷，王平，马超，林海飞，杨二豪，龙航，闫冬洁，白杨，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：