一種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置，所述滲透性能測試裝置包括試件、軸向加壓系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)、高速攝像機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述軸向加壓系統(tǒng)對試件施加軸向壓力，水壓加載系統(tǒng)從試件上方施加水壓，排水管路從試件下部將滲透水排入電子天平上的平底燒瓶中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器采集的數(shù)據(jù)送到控制器，高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝帶乳白色染料的水溶液在煤體裂隙中的滲流過程，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察，并獲得不同應(yīng)力狀態(tài)下原煤的滲透系數(shù)。
【專利說明】一種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤體滲透性測試的裝置和方法，特別是一種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]煤礦突水事故是煤礦最嚴(yán)重的災(zāi)害之一，煤礦突水事故的爆發(fā)與煤體的滲流特性有著密切關(guān)系。煤體的滲透特性和煤體裂隙滲流路徑具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[0003]目前煤體滲透性測試所用的試件大都是規(guī)則的型煤樣和原煤樣。型煤樣的制作相對比較容易。將打磨好的煤粉加入少許水拌勻，按經(jīng)驗(yàn)用天平稱取一定量放入制作好的模具內(nèi)，施加的一定壓力，穩(wěn)壓一定時(shí)間后取出煤樣，制作成型煤樣。型煤試件大多是規(guī)則圓柱體試件或立方體試件；原煤試件的制作相對難度大。常采用“水泥澆筑固定取芯法”，將現(xiàn)場取來的原始煤塊用塑料薄膜密封好置于大小適當(dāng)?shù)哪鞠鋬?nèi)，保證原煤層理垂直于加工軸線，即使制作好的試樣長軸方向垂直于層理。然后，用細(xì)骨料混凝土進(jìn)行澆筑，以填滿煤塊與木箱之間的空隙，待混凝土硬化后再用取芯機(jī)取樣，最后磨平兩端，加工完成的原煤大多是規(guī)則圓柱體試件。型煤樣尺寸標(biāo)準(zhǔn)、表面光滑，質(zhì)地均勻，而原煤樣則存在縱橫交錯(cuò)的原始裂隙、裂紋及孔洞等不同的原始損傷。型煤樣容易加工，但與原煤的裂隙構(gòu)造、變形程度及其峰值強(qiáng)度在數(shù)量上存在很大差異，因此采用型煤樣進(jìn)行滲透試驗(yàn)得到的煤體滲透系數(shù)與采煤工作面的煤體滲透系數(shù)之間存在相當(dāng)大的差異。
[0004]對于原煤樣的制取經(jīng)常遇到諸多難以加工的問題:在鉆取試塊的過程中受鉆頭力的作用容易活動，致使取得的試樣達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)；對于強(qiáng)度小、易破碎的煤巖塊體，由于煤巖塊體只受點(diǎn)加持力及鉆頭壓力，所受外力不均衡，再加上水的作用，在鉆巖的過程中容易受到損傷而破碎，得不到所需的試件。規(guī)則原煤試件的制作首先存在難以加工的問題，同時(shí)制取過程中，原煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)易受到擾動，與天然狀態(tài)煤巖內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)稍有偏離。對于松散破碎煤體采用“水泥澆筑固定取芯法”存在極大困難，由煤體破碎，鉆煤取芯過程中，煤體會破碎無法成型。對于松散破碎的煤體制取原煤樣的成功率極低。
[0005]目前對規(guī)則原煤樣的滲透試驗(yàn)，采用的原煤樣大多是為050 mmX 100 mm的規(guī)則圓柱體，該煤件尺寸小，煤樣中包含的煤體裂隙不多，不能充分反映采煤工作面煤體的裂隙結(jié)構(gòu)。而且煤樣滲透系數(shù)的測試都是三軸腔內(nèi)進(jìn)行，將煤樣置于三軸壓力腔內(nèi)，無法觀察到水在煤體裂隙中的滲流路徑，不能實(shí)現(xiàn)對煤體裂隙滲流的可視化觀察。
[0006]因而采用不規(guī)則原煤試件進(jìn)行滲流實(shí)驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)對煤體裂隙滲流的可視化觀察，可真實(shí)地反映采煤工作面的煤體的裂隙結(jié)構(gòu)和煤體的滲透特性，而且通過對煤體裂隙滲流的可視化觀察可更清晰明了地理解水在煤體裂隙中的滲流路徑。不規(guī)則原煤的滲透性測試、可視化觀察裝置和方法具有重要的科研意義和工程實(shí)用價(jià)值。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置。
[0008]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是:一種用于滲透測試的原煤透明澆筑件，包括:(1)原煤透明澆筑件本體，(2)垂直設(shè)置且穿過原煤透明澆筑件本體的上、下表面的空心管道；
[0009]所述的原煤透明澆筑件本體包括原煤塊、包裹原煤塊的透明材料，且透明材料與原煤塊的上、下兩端形成兩個(gè)空腔，以及位于透明材料外層的透明澆筑材料；
[0010]所述的空心管道開口于所述空腔的內(nèi)部；
[0011]上述的用于滲透測試的原煤透明澆筑件中，所述原煤透明澆筑件本體為方形。
[0012]一種用于滲透測試的原煤透明澆筑件的制備方法，包括以下步驟:
[0013](I)制備透明材料包裹的原煤試件 ':采用透明材料貼合或包裹原煤塊；在透明材料的包裹下，透明材料在原煤上、下表面留有空間；將易溶性鹽加入到上、下表面的空間內(nèi)后；將透明材料的上、下兩端封閉，形成透明材料包裹的原煤試件；
[0014](2)透明材料包裹的原煤試件的澆筑成型以獲得透明澆筑件本體:將步驟(I)的透明材料包裹的原煤試件懸掛在模具內(nèi)，將無色或透明的固化成型劑溶液，注入模具內(nèi)澆筑，待固化成型后，形成透明澆筑件本體；
[0015](3)透明澆筑件本體上進(jìn)行垂直孔道鉆取:在步驟(2)的透明澆筑件本體的上、下表面中心各鉆一個(gè)垂直孔道，垂直孔道深度鉆至易溶性鹽層；
[0016](4)上、下兩個(gè)空腔的形成:從垂直孔道注入水，將透明澆筑件本體中的易溶性鹽從鉆取的孔道中取出，以形成透明澆筑件本體的上、下空腔；
[0017](5)空心管道的密封安裝:向透明澆筑件的上、下垂直孔道分別插入空心管道，且相互之間緊密密封，從而得到用于滲透測試的原煤透明澆筑件。
[0018]上述的用于滲透測試的原煤透明澆筑件的制備方法中，所述步驟(3)中，在所述透明澆筑件本體的側(cè)面位置鉆設(shè)上、下兩個(gè)水平孔道，且上、下兩個(gè)水平孔道分別鉆至上、下易溶性鹽層。
[0019]一種原煤透明澆筑件的滲透性測試裝置，其特征在于，包括試件、軸向加壓系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)、高速攝像機(jī)、控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0020]所述試件為透明樹脂包裹的原煤透明澆筑件，形狀為方形試件；
[0021]所述軸壓加載系統(tǒng)包括伺服電機(jī)1、齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)、移動橫梁、壓力傳感器、液壓加載軸和帶滲透管道的上、下壓頭，帶滲透管道的上壓頭通過液壓加載軸安裝于移動橫梁下部，液壓加載軸上設(shè)有壓力傳感器，移動橫梁兩端安裝于豎向設(shè)置的滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)上，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)的下端與齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)相連，齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)I相連；
[0022]所述水壓加載系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)I1、減速機(jī)、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器、螺旋傳動副、活塞、閥門1、閥門I1、流量計(jì)1、流量計(jì)I1、平底燒瓶、注水管道、排水管道和溶液漏斗；所述溶液漏斗經(jīng)管道、閥門II與缸體相連，注水管道一端與缸體相連，另一端經(jīng)閥門1、流量計(jì)I與透明澆筑件上部的空心管道相連，伺服電機(jī)I1、減速機(jī)、螺旋傳動副以及活塞依次相連，轉(zhuǎn)數(shù)傳感器安裝于伺服電機(jī)II上，排水管道一端與透明澆筑件下部的空心管道相連，另一端經(jīng)流量計(jì)II與平底燒瓶相連，平底燒瓶置于電子天平上；
[0023]所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括流量計(jì)1、流量計(jì)I1、電子天平、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器、壓力傳感器、控制器，所述流量計(jì)1、流量計(jì)I1、電子天平、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器以及壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)送到控制器。
[0024]高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝帶乳白色染料的水溶液在煤體裂隙中的滲流過程，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
[0026]1.原煤透明澆筑件，最大程度保持煤體的原生裂隙結(jié)構(gòu)，且透明度高。
[0027]2.本發(fā)明中原煤透明澆筑件中原煤為不規(guī)則塊狀體，可測試不規(guī)則原煤的滲透系數(shù)。
[0028]3.本發(fā)明中原煤透明澆筑件透明度高，當(dāng)帶乳白色染料的水溶液流入原煤的裂隙時(shí)，用高速攝像儀可拍攝帶乳白色染料的水溶液在煤體裂隙中的流動情況，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察。
[0029]4.本發(fā)明中原煤透明澆筑件通過溶解易溶性鹽層形成上、下注水空腔，上、下注水空腔與原煤直接接觸，形成原煤的滲透面。
[0030]5.對原煤透明澆筑件施加軸力，獲得不同應(yīng)力狀態(tài)下原煤的滲透系數(shù)。
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明中包含原煤和易溶性鹽層的透明材料包裹體示意圖。
[0033]圖2為本發(fā)明中透明材料包裹原煤的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3為本發(fā)明中原煤的滲透性測試、可視化觀察裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖4為原煤表面帶乳白色染料的水溶液滲流路徑的可視化觀察示意圖。
[0036]圖中:1、原煤，2、透明樹脂，3、上部易溶性鹽層，4、下部易溶性鹽層，5、上部垂直孔道，6、下部垂直孔道，7、上部水平孔道，8、下部水平孔道，9、透明材料，10、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器，11、減速機(jī)，12、螺旋傳動副，13、活塞，14、閥門I，15、閥門II，16、溶液漏斗，17、注水管道，18、流量計(jì)I，19、流量計(jì)11，20、帶滲透管道的上壓頭，21、帶滲透管道的下壓頭，22、齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)，23、滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)，24、移動橫梁，25、原煤透明澆筑件，26、壓力傳感器，27、平底燒杯，28、電子天平，29、數(shù)據(jù)線I，30、數(shù)據(jù)線11，31、數(shù)據(jù)線111，32、控制器，33、伺服電機(jī)I，34、伺服電機(jī)II，35、加載軸，36、上柱形空間，37、下柱形空間，38、原煤裂隙的滲流路徑，39、上注水空腔，40、下注水空腔，41、缸體，42、排水管道，43、高速攝像儀，44、鋼塞I，45、鋼塞11，46、7字形鋼管I，47、7字形鋼管II

【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明并不限于此。
[0038]如圖1所示，用于滲透測試的原煤透明澆筑件包括原煤透明澆筑件本體，垂直設(shè)置且穿過原煤透明澆筑件本體的上、下表面的空心管道46、47 ;所述的原煤透明澆筑件本體包括原煤1、包裹原煤塊的透明材料9，且透明材料與原煤I的上、下兩端形成上、下部易溶性鹽層3、4，以及位于透明材料外層的透明樹脂2 ；
[0039]結(jié)合圖1、2、3，對本發(fā)明的具體實(shí)施過程說明如下:
[0040](一 )原煤透明澆筑件的制備
[0041](I)包含原煤I和上、下部易溶性鹽層3、4的透明材料包裹體的制作。從采煤工作面取出原煤樣，將其打磨成原煤I，所述原煤I為不規(guī)則塊狀結(jié)構(gòu)，所述原煤I的各邊邊長約為20cm。采用塑料薄膜將原煤I密封包裹，放入量杯內(nèi)，測量原煤I的體積，體積測量完畢后，將其從量杯中取出，拔掉其表面的塑料薄膜，采用透明材料9將原煤I卷起來，所述透明材料9的寬度比原煤I的高度要大40cm左右，在原煤I的上、下兩表面形成大約15cm高的上、下柱形空間36、37，在所述上、下柱形空間內(nèi)倒入易溶性鹽，上、下易溶性鹽層的厚度約為5cm，在原煤I上表面形成上部易溶性鹽層3、在下表面形成下部易溶性鹽層4。用透明材料9將原煤I和上、下透明材料層36、37封閉起來，形成透明材料包裹體。
[0042](2)原煤透明澆筑件本體的澆筑成型。將所述透明材料包裹體懸掛在方形硅橡膠膜具內(nèi)，將一定量的固化劑(過氧化甲乙酮)和LCC無色促進(jìn)劑加入不飽和酚醛樹脂中，均勻攪拌制備成樹脂漿液，將制備好的樹脂漿液注入硅橡膠模具內(nèi)澆筑，固化成型后，形成原煤透明澆注件25。
[0043](3)垂直孔道和水平孔道的鉆取。在原煤透明澆注件25上表面中部鉆一個(gè)上部垂直孔道5，在其下表面中部鉆一個(gè)下部垂直孔道6，其上、下部垂直孔道鉆至上、下部易溶性鹽層3、4的中部；在原煤透明澆注件25的右側(cè)面的合適位置鉆設(shè)上部水平孔道7和下部水平道8，確保上、下部水平孔道7、8的鉆至上、下部易溶性鹽層3、4的內(nèi)部。
[0044](4)注水空腔形成。從上、下部垂直孔道5、6注入熱水，使上、下部易溶性鹽層4、5充分溶解，其溶解后的鹽溶液從上、下部水平孔道7、8流出，形成上注水空腔39和下注水空腔40。
[0045](5) 7字形鋼管的安裝和水平孔道的封堵。將7字形鋼管I 46插入上部垂直孔道5，7字形鋼管II 47插入下部垂直孔道6，7字形鋼管I 46、7字形鋼管II 47與上、下部垂直孔道5、6之間的間隙用AB膠粘牢，用鋼塞I 44和鋼塞II 45將上、下部水平孔道7、8密封堵住。
[0046]( 二 )不規(guī)則原煤試件滲透性測試和可視化觀察的裝置
[0047]不規(guī)則原煤試件滲透性測試和可視化觀察的裝置，包括試件系統(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和可視化觀察系統(tǒng)。其特征在于，所述試件系統(tǒng)為原煤透明澆注件25。所述軸壓加載系統(tǒng)包括伺服電機(jī)I 33、齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)22、滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)23、移動橫梁24、壓力傳感器26、加載軸35、帶滲透管道的上壓頭20和帶滲透管道的下壓頭21。伺服電機(jī)I 33通過齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)22帶動滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)23旋轉(zhuǎn)，從而帶動移動橫梁24上下運(yùn)動，移動橫梁24通過加載軸35和帶滲透管道的上壓頭20對原煤透明澆注件25施加軸力，其軸力大小由壓力傳感器26檢測出來并傳送到控制器32 ;所述水壓加載系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)II 34、減速機(jī)11、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器10、螺旋傳動副12、活塞13、閥門I 14、閥門II 15、注水管道17、排水管道42、流量計(jì)I 18、流量計(jì)II 19、缸體41、7字形鋼管I 46、7字形鋼管II 47、排水管道42和溶液漏斗16。所述溶液漏斗16盛帶乳白色染料的水溶液，伺服電機(jī)II 34同軸配有轉(zhuǎn)數(shù)傳感器10，控制器32發(fā)出指令后，減速機(jī)11帶傳動螺旋傳動副12，從而帶動活塞13在缸體41內(nèi)直線運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)水溶液壓力加載，水溶液通過注水管道17,7字形鋼管I 46、上注水空腔39，滲透入原煤1，經(jīng)由下注水空腔40、7字形鋼管II 47和排水管道42流出，并用平底燒瓶27收集，并將其置于電子天平28上，電子天平28與控制器32相連接，采集滲透過原煤I的流量，透過原煤I的流量也可通過孔隙水壓加載部分的活塞行程或者流量計(jì)II 19得到。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括水流量和軸壓的數(shù)據(jù)采集，通過流量計(jì)I 18、流量計(jì)II 19、電子天平28和轉(zhuǎn)數(shù)傳感器10與通過數(shù)據(jù)線II 30、數(shù)據(jù)線I 29與控制器32相連，實(shí)時(shí)采集水流量和水壓力；壓力傳感器26通過數(shù)據(jù)線III 31與控制器32相連，實(shí)時(shí)采集軸壓數(shù)據(jù)。可視化觀察系統(tǒng)為高速攝像儀43，高速攝像儀43對準(zhǔn)原煤透明澆筑件25，實(shí)時(shí)拍攝帶乳白色染料的水溶液在煤體裂隙中的滲流過程，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察。
[0048](三)不規(guī)則原煤試件滲透性測試和可視化觀察的方法
[0049](I)將試件系統(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各元件連接好，高速攝像儀43對準(zhǔn)原煤透明澆注件25。
[0050](2)施加軸力。在控制器32上設(shè)置施加軸力大小，伺服電機(jī)I 33帶動滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)23旋轉(zhuǎn)，移動橫梁26通過加載軸35和帶滲透管道的上壓頭20對原煤透明澆注件25施加軸力。
[0051](3)施加水壓力。溶液漏斗16中盛有帶乳白色染料的水溶液，關(guān)閉閥門II 15，打開閥門I 14，在控制器32上設(shè)置施加水壓力的大小，帶乳白色染料的水溶液通過上注水空腔39，滲入原煤1，通過下注水空腔40、排水管道42排入平底燒瓶27。
[0052](4)煤體裂隙滲流的可視化觀察。用高速攝像儀43拍攝帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流規(guī)律的可視化觀察。
[0053](5)計(jì)算原煤的滲透系數(shù)。通過流量計(jì)I 18、流量計(jì)II 19、電子天平28實(shí)時(shí)采集透過原煤I的流量，通過下式計(jì)算原煤I的滲透系數(shù)。
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[0054]k =--
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[0055]式中:k原煤的滲透系數(shù)，單位:m/s，q:為透過原煤的流量，單位:m3/s，I為水滲流路徑上原煤的平均高度，單位:m，P為原煤試件兩端的水壓差，單位:pa ；A為原煤的平均過流斷面面積，單位:；Y w為水的重度，單位:N/m3。
[0056]實(shí)施例1
[0057]—種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置，其具體的實(shí)施步驟為:
[0058](I)原煤透明澆筑件的制備。從采煤工作面取出原煤，將其他打磨成不規(guī)則的原煤1，用游標(biāo)卡尺量得原煤I各邊的長度在15?21cm之間。采用塑料薄膜將原煤I密封包裹，放入量杯內(nèi)，測得原煤I的體積為0.00759m3,原煤I體積測量完畢后，將其從量杯中取出，拔掉其表面的塑料薄膜，采用寬度為80cm的透明材料9將原煤I卷起來，在原煤I的上、下兩表面形成上柱形空間36和下柱形空間37，所述上、下柱形空間的高度約為15cm。在上、下柱形空間36、37內(nèi)倒入氯化鈉顆粒，氯化鈉顆粒的厚度約為5cm，在原煤上表面形成上部易溶性鹽層36、在下表面形成下部易溶性鹽層37。用透明材料9將原煤I和上、下易溶性鹽層36、37封閉起來，形成透明材料包裹體；用細(xì)繩將所述透明材料包裹體懸掛在方形硅橡膠膜具內(nèi)，將0.0lkg固化劑(過氧化甲乙酮)，0.0lkg LCC無色促進(jìn)劑一次性加入到12k g的不飽和酚醛樹脂中，并均勻攪拌制備成樹脂漿液，將樹脂漿液澆筑入硅橡膠膜模具內(nèi)進(jìn)行燒筑，所述娃橡膠膜模具的內(nèi)部尺寸:長X寬X高=30cmX30cmX30cm,固化48h后，從模具中將原煤透明澆筑件本體取出，試件呈淡青色，透明度良好，從外部可直接觀察到原煤I。在原煤透明澆筑件本體上表面中部鉆一個(gè)上部垂直孔道5，在其下表面中部鉆一個(gè)下部垂直孔道6，其上、下部垂直孔道深度鉆至上、下易溶性鹽層36、37的中部；在原煤透明澆筑件本體右側(cè)面的合適位置鉆設(shè)上部水平孔道7和下部水平道8，使上、下部水平孔道7、8的鉆至上、下易溶性鹽層3、4內(nèi)部。從上、下垂直孔道5、6注入熱水，使上、下易溶性鹽層3、4充分溶解，其溶解后的氯化鈉溶液從上、下部水平孔道7、8流出，形成上注水空腔39和下注水空腔40。注水空腔形成后，用7字形鋼管I 46插入上部垂直孔道5，7字形鋼管II 47插入下部垂直孔道6，7字形鋼管1、II與上、下部垂直孔道5、6之間的間隙用AB膠粘牢，用鋼塞I 45、鋼塞II 45將分別上、下部水平孔道7、8密封堵住。
[0059](2)將試件系統(tǒng)、軸向加壓系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各元件連接好，高速攝像儀43對準(zhǔn)原煤透明澆注件25。
[0060](3)施加軸力。在控制器32上設(shè)置施加軸力大小為380KN，伺服電機(jī)I 33帶動滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)23旋轉(zhuǎn)，移動橫梁226通過加載軸35和帶滲透管道的上壓頭20對原煤透明澆注件25施加軸力。
[0061](4)施加水壓力。溶液漏斗16中盛帶乳白色染料的水溶液，關(guān)閉閥門II 15，打開閥門I 14，在控制器32上設(shè)定恒定水壓值P = 1.0MPa，帶乳白色染料的水溶液通過注水管道17、7字形鋼管I 46和上注水空腔39，滲入原煤1，通過下注水空腔40、7字形鋼管II 47和排水管道42排入平底燒瓶27。
[0062](5)煤體裂隙滲流的可視化觀察。用高速攝像儀43拍攝帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流規(guī)律的可視化觀察。
[0063](6)計(jì)算原煤的滲透系數(shù)。通過流量計(jì)I 18、流量計(jì)II 19、電子天平28實(shí)時(shí)采集透過原煤I的流量，得到穩(wěn)定滲流階段透過原煤I的流量q = 2.8X 10_7m3/s，通過下式計(jì)算得到原煤I的滲透系數(shù)k = 1.09X 10_9m/s。
[0064]k =
[0065]式中:k原煤I的滲透系數(shù)，單位:m/s ；q為透過原煤的流量，單位:m3/s，在本實(shí)施例中，測量得q = 2.8X10_7m3/s ；1為水滲流路徑上原煤的平均高度，單位:m，在本實(shí)施例中，測量得I = 0.1753m ；p為原煤試件兩端的水壓差，單位:pa，本實(shí)施例中p = 9X 15Pa ；A為原煤的過流斷面面積，單位:m2,本實(shí)施例中過流斷面面積近似取A = Y/I = 0.0489 ； Yw為水的重度，單位:N/m3，本實(shí)施例中Yw = 9.8X102N/m3。
[0066]實(shí)施例2
[0067]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:步驟(I)原煤I各邊的長度在18?22cm之間，測得原煤I的體積為0.00869m3,采用0.1kg固化劑(過氧化甲乙酮)，0.1kg LCC無色促進(jìn)劑一次性加入到12kg的不飽和酚醛樹脂中，并均勻攪拌制備成樹脂漿液，原煤透明澆筑件本體呈淡紫色，透明度不及實(shí)施例1，但仍能從外部觀察到原煤I。
[0068]上述處理?xiàng)l件得到:高速攝像儀43可較清楚地拍攝帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，但圖像清晰度不及實(shí)施例1，基本上可實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流規(guī)律的可視化觀察。實(shí)施例2中不規(guī)則原煤I的滲透系數(shù)k = 1.26X 10-9m/so
[0069]實(shí)施例3
[0070]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:步驟(I)原煤I各邊的長度在12?22cm之間，測得原煤I的體積為0.00692m3,采用0.3kg固化劑(過氧化甲乙酮)，0.3kg LCC無色促進(jìn)劑一次性加入到12k g的不飽和酚醛樹脂中，并均勻攪拌制備成樹脂漿液，原煤透明澆筑件本體呈深紫色，透明度遠(yuǎn)比實(shí)施例1差，但仍能從外部模糊觀察到原煤I。
[0071]上述處理?xiàng)l件得到:高速攝像儀43能模糊地拍攝到帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，但圖像清晰度遠(yuǎn)不及實(shí)施例1，實(shí)施例3中原煤I的滲透系數(shù)k =
1.24X 1-Vs0
[0072]實(shí)施例4
[0073]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:步驟(4)在控制器32上設(shè)置其軸力大小為560KN。
[0074]上述處理?xiàng)l件得到:高速攝像儀43能清楚地拍攝到帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，圖像清晰度高，很好地實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流規(guī)律的可視化觀察。實(shí)施例4中原煤I的滲透系數(shù)k = 0.791 X 10—Vs。
[0075]實(shí)施例5
[0076]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:步驟(4)在控制器32上設(shè)置其軸力大小為240KN。
[0077]上述處理?xiàng)l件得到:高速攝像儀43能清楚地拍攝到帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，圖像清晰度高，很好地實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流規(guī)律的可視化觀察。實(shí)施例5中原煤I的滲透系數(shù)k = 1.28X l(T9m/s。
[0078]實(shí)施例6
[0079]本實(shí)施例采用與實(shí)施例1基本相同的實(shí)施方式，不同之處在于:步驟(4)在控制器32上設(shè)置其軸力大小為0.1KN。
[0080]上述處理?xiàng)l件得到:高速攝像儀43能清楚地拍攝到帶乳白色染料的水溶液在原煤裂隙的滲流路徑38，圖像清晰度高，很好地實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流規(guī)律的可視化觀察。實(shí)施例6中原煤I的滲透系數(shù)k = 1.98 X l(T9m/s。
[0081]根據(jù)上述實(shí)施例可知，通過一種原煤透明澆筑件、制備方法及滲透性能測試裝置能夠更加真實(shí)地測試和反映不同受力狀態(tài)下原煤的滲透特性，特別是，可實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察。
【權(quán)利要求】
1.一種用于滲透測試的原煤透明澆筑件，其特征在于，包括:(1)原煤透明澆筑件本體，(2)垂直設(shè)置且穿過原煤透明澆筑件本體的上、下表面的空心管道；所述的原煤透明澆筑件本體包括原煤塊、包裹原煤塊的透明材料，且透明材料與原煤塊的上、下兩端形成兩個(gè)空腔，以及位于透明材料外層的透明澆筑材料；所述的空心管道開口于所述空腔的內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求所述的用于滲透測試的原煤透明澆筑件，其特征在于，所述原煤透明燒筑件本體為方形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的用于滲透測試的原煤透明澆筑件，其特征在于，所述的原煤塊是從采煤工作面取出的原煤塊，并將其外周進(jìn)行打磨。
4.一種用于滲透測試的原煤透明澆筑件的制備方法，其特征在于， (1)制備透明材料包裹的原煤試件':采用透明材料貼合或包裹原煤塊；在透明材料的包裹下，透明材料在原煤上、下表面留有空間；將易溶性鹽加入到上、下表面的空間內(nèi)后；將透明材料的上、下兩端封閉，形成透明材料包裹的原煤試件； (2)透明材料包裹的原煤試件的澆筑成型以獲得透明澆筑件本體:將步驟(I)的透明材料包裹的原煤試件懸掛在模具內(nèi)，將無色或透明的固化成型劑溶液，注入模具內(nèi)澆筑，待固化成型后，形成透明澆筑件本體； (3)透明澆筑件本體上進(jìn)行垂直孔道鉆取:在步驟(2)的透明澆筑件本體的上、下表面中心各鉆一個(gè)垂直孔道，垂直孔道深度鉆至易溶性鹽層； (4)上、下兩個(gè)空腔的形成:從垂直孔道注入水，將透明澆筑件本體中的易溶性鹽從鉆取的孔道中取出，以形成透明澆筑件本體的上、下空腔； (5)空心管道的密封安裝:向透明澆筑件的上、下垂直孔道分別插入空心管道，且相互之間緊密密封，從而得到用于滲透測試的原煤透明澆筑件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于滲透測試的原煤透明澆筑件的制備方法，所述步驟(3)中，在所述透明澆筑件本體的側(cè)面位置鉆設(shè)上、下兩個(gè)水平孔道，且上、下兩個(gè)水平孔道分別鉆至上、下易溶性鹽層。
6.一種如權(quán)利要求4所述的原煤透明澆筑件的滲透性測試裝置，其特征在于，包括試件、軸向加壓系統(tǒng)、水壓加載系統(tǒng)、高速攝像機(jī)、控制器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)； 所述試件為透明樹脂包裹的原煤透明澆筑件，形狀為方形； 所述軸壓加載系統(tǒng)包括伺服電機(jī)1、齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)、滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)、移動橫梁、壓力傳感器、液壓加載軸和帶滲透管道的上、下壓頭，帶滲透管道的上壓頭通過液壓加載軸安裝于移動橫梁下部，液壓加載軸上設(shè)有壓力傳感器，移動橫梁兩端安裝于豎向設(shè)置的滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)上，滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)的下端與齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)相連，齒型帶輪減速機(jī)構(gòu)與伺服電機(jī)I相連； 所述水壓加載系統(tǒng)，包括伺服電機(jī)I1、減速機(jī)、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器、螺旋傳動副、活塞、閥門1、閥門I1、流量計(jì)1、流量計(jì)I1、平底燒瓶、注水管道、排水管道和溶液漏斗；所述溶液漏斗經(jīng)管道、閥門II與缸體相連，注水管道一端與缸體相連，另一端經(jīng)閥門1、流量計(jì)I與透明澆筑件上部的空心管道相連，伺服電機(jī)I1、減速機(jī)、螺旋傳動副以及活塞依次相連，轉(zhuǎn)數(shù)傳感器安裝于伺服電機(jī)II上，排水管道一端與透明澆筑件下部的空心管道相連，另一端經(jīng)流量計(jì)II與平底燒瓶相連，平底燒瓶置于電子天平上； 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括流量計(jì)1、流量計(jì)I1、電子天平、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器、壓力傳感器、控制器，所述流量計(jì)1、流量計(jì)I1、電子天平、轉(zhuǎn)數(shù)傳感器以及壓力傳感器采集的數(shù)據(jù)送到控制器。 高速攝像機(jī)實(shí)時(shí)拍攝帶乳白色染料的水溶液在煤體裂隙中的滲流過程，實(shí)現(xiàn)對原煤裂隙滲流路徑的可視化觀察。
【文檔編號】G01N1/28GK104198354SQ201410507481
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】趙延林, 彭青陽, 萬文, 蔡璐 申請人:湖南科技大學(xué)