专利汇可以提供一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测装置及方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种真三轴气液固耦合 煤 样 波速 各向异性 探测装置及方法,包括承压腔体、气体传输系统、煤样放置台、真三轴加压系统、换能器组、 声波 仪和加湿系统,所述承压腔体由上部敞口的承压容器和 活塞 顶盖组成,所述真三轴加压系统的多个轴压杆分别穿过承压容器的 侧壁 和活塞顶盖与试验煤样的四个侧面和顶面 接触 ,所述气体传输系统包括 真空 泵 、安全气瓶和高压瓦斯气瓶,所述加湿系统包括控制主机、电控喷 水 泵、湿度 传感器 和水雾喷头;本发明能够模拟煤体在深部地下的真实情况,从而得出不同物理 力 学性质的煤样在不同瓦斯压力、不同湿度及不同三轴加载 应力 共同影响下 超声波 波速各向异性的特征,为后续的煤矿勘探开采提供理论 支撑 。,下面是一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测装置及方法专利的具体信息内容。
1.一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测装置,其特征在于,包括承压腔体(1)、气体传输系统、煤样放置台(3)、真三轴加压系统(8)、换能器组、声波仪(14)和加湿系统,
所述承压腔体(1)由上部敞口的承压容器和活塞顶盖(2)组成,活塞顶盖(2)密封固定在承压容器的敞口处,煤样放置台(3)固定在承压容器内,试验煤样(4)处于煤样放置台(3)上,所述试验煤样(4)为正方体;
所述真三轴加压系统(8)的多个轴压杆(9)分别穿过承压容器的侧壁和活塞顶盖(2)与试验煤样(4)的四个侧面和顶面接触,换能器组为三个,三个换能器组均匀分布在试验煤样(4)的六个面,换能器组由两个相对设置的发射换能器(10)和接收换能器(11)组成,发射换能器(10)和接收换能器(11)分别耦合在试验煤样(4)的两个相对面,三个换能器组通过连接线与承压容器外部的声波仪(14)连接;
所述气体传输系统包括真空泵(12)、安全气瓶(13)和高压瓦斯气瓶(6),所述真空泵(12)的一端通过管路与承压容器内部密封连通,真空泵(12)的另一端通过管路与安全气瓶(13)连通,高压瓦斯气瓶(6)通过充气管路与承压容器内部密封连通,在充气管路上装有增/减压阀(5),两个压力表(7)分别装在真空泵(12)与承压容器之间的管路上和增/减压阀(5)与承压容器之间的充气管路上;
所述加湿系统包括控制主机(18)、电控喷水泵(17)、湿度传感器(16)和水雾喷头(15),电控喷水泵(17)处于承压容器外侧,湿度传感器(16)和水雾喷头(15)均固定在承压容器内,电控喷水泵(17)的一端通过输水管与水雾喷头(15)连接,电控喷水泵(17)的另一端连接水源;控制主机(18)和湿度传感器(16)连接。
2.根据权利要求1所述的一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测装置,其特征在于,所述煤样放置台(3)顶面和多个轴压杆(9)端部均开设圆凹槽,使三个换能器组中的发射换能器(10)和接收换能器(11)分别处于各个圆凹槽内,并通过弹簧使各个发射换能器(10)和接收换能器(11)均与试验煤样(4)的六个面压紧耦合。
3.根据权利要求1所述的一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测装置,其特征在于,所述分别处于试验煤样(4)四个侧面的轴压杆(9)端部均采用柔性接触,处于试验煤样(4)顶面的轴压杆(9)端部采用刚性接触。
4.一种真三轴气液固耦合煤样波速各向异性探测方法,其特征在于,具体步骤为:
A、选择多个不同物理力学性质的原生结构煤样或者预制不同物理力学性质的合成煤制成的正方体型煤,作为试验煤样(4);
B、打开承压腔体(1)的活塞顶盖(2),选取步骤A制成的其中一个试验煤样(4)放置在承压容器内的煤样放置台(3)上,调节真三轴加压系统(8),使各个轴压杆(9)的压头分别与试验煤样(4)的各个面接触,同时使各个发射换能器(10)和接收换能器(11)与试验煤样(4)的各个面直接耦合,完成后使活塞顶盖(2)与承压容器密封固定;
C、在煤样测试前,打开增/减压阀(5)的阀门,高压瓦斯气瓶(6)通过充气管路向承压腔体(1)内充入瓦斯气体,观察压力表(7)当承压腔体(1)内的瓦斯气体达到一定压力后,关闭增/减压阀(5),然后持续观察压力表(7)在一段时间内数值变化情况,从而对承压腔体(1)内部气密性进行检查,当气密性检查完毕并确认气密性良好之后,将承压腔体(1)内的瓦斯气体排入安全气瓶内(13);
D、开启真空泵(12)对承压腔体(1)内进行抽真空,通过压力表(7)观察,当承压腔体(1)内达到一定真空值之后停止真空泵(12),开启声波仪(14)使各个发射换能器(10)发射声波信号,声波信号经过试验煤样(4)至与其对应的各个接收换能器(11),各个接收换能器(11)将接收的声波信号反馈给声波仪,声波仪(14)实时记录,并根据发射换能器(10)发出声波的时刻和接收换能器(11)接收声波的时刻,从而得出试验煤样(4)处于真空、无荷载情况下三个换能器组各自测得的超声波波速情况,作为对照数据;
E、完成步骤D的采集后,开启真三轴加压系统,使各个轴压杆在试验煤样(4)的垂向、走向和倾向上分别独立施加σ1、σ2、σ3的主向和两个侧向荷载,且σ1>σ2>σ3,同时通过高压瓦斯气瓶(6)向承压腔体(1)内部充入瓦斯,通过压力表(7)观察达到目标压力值后关闭增/减压阀(5);启动加湿系统,使电控喷水泵(17)通过水雾喷头(15)向承压腔体(1)内喷洒水雾加湿,湿度传感器(16)实时测量承压腔体(1)内的湿度值反馈给控制主机(18),当控制主机(18)接收的实时湿度值达到设定湿度值时关闭电控喷水泵(17);开启声波仪(14)记录在该瓦斯压力值、湿度值及三轴加载应力值下的三个换能器组测得的波速情况,然后调整瓦斯压力值、湿度值及三轴加载应力值后,开启声波仪(14)再次记录在该情况下的三个换能器组测得的波速情况,经过多次调整后得出该试验煤样(4)处于不同瓦斯压力、不同湿度及不同三轴加载应力情况下,该试验煤样(4)在不同层理方向上测得的超声波波速变化情况;
F、完成后,先卸载试验煤样的三轴加载应力,接着关闭水雾喷头(15),然后再将瓦斯气体通过管路排出到安全气瓶(13)内,对承压容器内的瓦斯压力进行卸载,最后打开活塞顶盖(2),取出已测量的试验煤样(4);在步骤A中制得的试验煤样(4)中再选取一个,重复步骤B~F,直至所有制备的试验煤样(4)均完成测试过程;
G、对得出的不同试验煤样(4)、不同瓦斯压力、不同湿度及不同三轴加载应力情况下的超声波波速变化情况并结合步骤D得出的对照数据进行综合分析,得出不同试验煤样(4)在不同层理方向上的波速差异,最终分析试验煤样(4)在各种条件下的波速各向异性。
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