[发明专利]一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法

权利要求书

1.一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，包括冲击构件系统、排气系统、进气 系统和溶蚀工作系统；冲击构件系统包括入射杆(1)、透射杆(2)、柔性贴片(3)、煤样(4)、 钢腔(5)、密封垫圈(6)、销紧螺栓(7)、螺母(8)、Y_X型密封圈(9)、压力传感器(10)、 压力表(11)、数据采集仪(12)、钢化玻璃(41)、O型密封垫圈(42)和螺栓(43)；排气 系统包括排气阀(13)、真空泵(14)；进气系统包括进气阀(15)、电磁阀(16)、减压阀(17)、 高压气瓶(18)；溶蚀工作系统包括溶液箱(19)、溶蚀液(20)、加热器(21)、第一闸阀(31)、 第一液泵(32)、第一流量计(33)、第二闸阀(34)、第三闸阀(35)、第二液泵(36)、第二 流量计(37)、第四闸阀(38)；所述入射杆(1)和透射杆(2)通过Y_X型密封圈(9)放置 于钢腔(5)两侧；所述煤样(4)位于钢腔(5)内，煤样(4)一侧为柔性贴片(3)和入射 杆(1)，另一侧为透射杆(2)；所述钢腔(5)分上下两部分并通过密封垫圈(6)、销紧螺栓 (7)和螺母(8)固定；所述压力传感器(10)和压力表(11)设置于钢腔(5)顶部，压力 传感器(10)的数据通过数据采集仪(12)进行采集；所述钢化玻璃(41)通过O型密封垫 圈(42)和螺栓(43)固定于钢腔(5)上，用以实验时进行动态观测；所述真空泵(14)与 钢腔(5)连接的管路上设置排气阀(13)；所述高压气瓶(18)与钢腔(5)连接的管路上设 置减压阀(17)、电磁阀(16)和进气阀(15)；所述溶液箱(19)内盛装由HF、HCl、H₂SO₄、 KHSO₄或HNO₃配置PH为4～7的溶蚀液(20)或由NaOH或KOH配置PH为7～10的溶蚀 液(20)，溶液箱(19)一端设置加热器(21)为溶蚀液(20)加热，溶液箱(19)另一端设 置溶蚀液(20)的出口和入口，溶液箱(19)与钢腔(5)连接的两条管路上分别设置了第一 闸阀(31)、第一液泵(32)、第一流量计(33)和第二闸阀(34)，第三闸阀(35)、第二液 泵(36)、第二流量计(37)和第四闸阀(38)。

2.根据权利要求1所述的一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，所述入射杆(1)、 柔性贴片(3)、煤样(4)和透射杆(2)处同一直线上，入射杆(1)位于钢腔(5)自底部 以上1/3处；所述柔性贴片(3)为3～10mm铝片；所述钢腔(5)的上下两部分分割于钢腔 (5)自顶部以下1/5处。

3.根据权利要求1所述的一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，所述进气阀(15) 和排气阀(13)通过三通连接，排气系统和进气系统在三通与钢腔(5)之间共用管路，且管 路末端设于钢腔(5)顶部。

4.根据权利要求1所述的一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其特征在于，所述溶蚀工作 系统中连接第一闸阀(31)、第一液泵(32)、第一流量计(33)和第二闸阀(34)的管路末 端一侧位于溶液箱(19)自底部以上10～20mm处并作为溶蚀液(20)的出口，另一侧位于钢 腔(5)自顶部以下1/3处；所述溶蚀工作系统中连接第三闸阀(35)、第二液泵(36)、第二 流量计(37)和第四闸阀(38)的管路末端一侧位于溶液箱(19)自顶部以下10～20mm处并 作为溶蚀液(20)的入口，另一侧位于钢腔(5)自底部以上10～15mm处并在钢腔(5)至管 路的入口处设置过滤网。

5.一种利用权利要求1所述含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统进行实验的方法，其特征在于， 包括：

1)将入射杆(1)、透射杆(2)、柔性贴片(3)、煤样(4)放置好后，在钢腔(5)的上下两 部分之间垫上密封垫圈(6)，通过销紧螺栓(7)和螺母(8)密封固定；

2)保持进气阀(15)、第二闸阀(34)和第三闸阀(35)的关闭状态，打开排气阀(13)，开 启真空泵(14)对钢腔(5)进行抽真空，通过压力表(11)观测符合实验要求后，关闭真空 泵(14)和排气阀(13)；

3)开启减压阀(17)、电磁阀(16)和进气阀(15)，瓦斯从高压气瓶(18)进入钢腔(5) 中，观测压力表(11)示值，达到实验要求瓦斯压力后；①关闭减压阀(17)、电磁阀(16) 和进气阀(15)，同时打开数据采集仪(12)采集压力传感器(10)在煤样(4)吸附瓦斯过 程中的压力变化，6～30小时后，煤样(4)充瓦斯结束，关闭数据采集仪(12)；或者②保持 减压阀(17)、电磁阀(16)和进气阀(15)开启状态，6～30小时后，关闭减压阀(17)、电 磁阀(16)和进气阀(15)，煤样(4)充瓦斯结束；

4)将配置好的溶蚀液(20)放于溶液箱(19)中，开启加热器(21)对溶蚀液(20)加热至 20～70℃；开启第一闸阀(31)、第一液泵(32)、第一流量计(33)和第二闸阀(34)，加热 后的溶蚀液(20)进入钢腔(5)中，待溶蚀液(20)淹没煤样(4)后，开启第三闸阀(35)、 第二液泵(36)、第二流量计(37)和第四闸阀(38)使溶蚀液(20)按规定流量循环回流至 溶液箱(19)中；打开数据采集仪(12)采集压力传感器(10)在煤样(4)在溶蚀过程中的 压力变化；

5)0.5～6天后，利用分离式霍普金森杆装置进行冲击加载，并通过钢化玻璃(41)进行观测 和记录实验过程；

6)通过和既不吸附瓦斯又不溶蚀的煤样(4)、只吸附瓦斯但不溶蚀的煤样(4)的冲击加载 实验的比较分析，得出含瓦斯溶蚀煤的动态冲击响应特性。