[发明专利]一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤岩实验室实验研究技术领域，尤其是涉及一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验 系统及方法。

背景技术

在煤矿开采过程中，时常会遇到瓦斯爆炸、炸药爆炸、冲击地压等冲击载荷作用，由于 物体在冲击载荷下的力学响应与静载荷下具有显著差异，必须考虑惯性效应和应变率效应， 即了解煤岩在冲击载荷下的力学响应对煤矿开采和灾害防治具有重要意义。1914年， B.Hopkinson设计了HopkinsonPressureBar(简称HPB)，用以研究炸药爆炸或子弹射击入射 杆端时的压力-时间关系。1949年，Kolsky把Hopkinson压杆变成分离式，用以研究材料在高 应变率下的动态响应特性及其本构关系，形成分离式Hopkinson压杆技术(简称SHPB技术)； 长期以来，其作为金属、陶瓷、橡胶、泡沫、混凝土、岩石等材料在高应变率下力学响应的 一种有效实验手段。目前，已有很多学者借助于SHPB技术开展了动载荷下的实验方法和手 段等研究，例如李夕兵等发明的动静组合加载岩石力学实验方法与装置(ZL200510032031.6)、 陈荣等发明的压拉通用霍普金森杆装置(ZL200910044405.4)、刘战伟等发明的磁阻式拉压一 体化微型霍普金森杆装置(ZL201210367229.X)、孙光永等发明的一种霍普金森压杆实验装 置(ZL201410128753.0)、李鹏南等发明的用于高温霍普金森压杆实验的快速加热装置 (ZL201210567036.9)、苏灏扬等发明的用于大直径霍普金森压杆的环向加压装置 (ZL201310566816.6)等。但是，对于煤的相关配套实验方法和手段相对较少，例如王登科 等发明的冲击载荷作用下含瓦斯煤渗流实验系统(ZL201520349249.3)等；对于深部受环境 温度影响下和地下水或水力化措施工作液溶蚀作用下的煤，在受到冲击动力作用后的响应特 性实验研究手段和方法还没有，所以，为了更好地研究煤在各种条件下的力学特性，有必要 发明一种以SHPB为基础的含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法，其具有理论和工程实践 意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统及方法，通过 掌握含瓦斯溶蚀煤的动态冲击响应特性，为煤矿相关工程施工和灾害防治提供依据。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种含瓦斯溶蚀煤动态冲击实验系统，其包括冲击构件系统、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、透射杆、柔性贴片、煤样、钢腔、密封垫圈、销紧 螺栓、螺母、Y_X型密封圈、压力传感器、压力表、数据采集仪、钢化玻璃、O型密封垫圈和 螺栓；排气系统包括排气阀、真空泵；进气系统包括进气阀、电磁阀、减压阀、高压气瓶； 溶蚀工作系统包括溶液箱、溶蚀液、加热器、第一闸阀、第一液泵、第一流量计、第二闸阀、 第三闸阀、第二液泵、第二流量计、第四闸阀；所述入射杆和透射杆通过Y_X型密封圈放置于 钢腔两侧；所述煤样位于钢腔内，煤样一侧为柔性贴片和入射杆，另一侧为透射杆；所述钢 腔分上下两部分并通过密封垫圈、销紧螺栓和螺母固定；所述压力传感器和压力表设置于钢 腔顶部，压力传感器的数据通过数据采集仪进行采集；所述钢化玻璃通过O型密封垫圈和螺 栓固定于钢腔上，用以实验时进行动态观测；所述真空泵与钢腔连接的管路上设置排气阀； 所述高压气瓶与钢腔连接的管路上设置减压阀、电磁阀和进气阀；所述溶液箱内盛装由HF、 HCl、H₂SO₄、KHSO₄或HNO₃配置PH为4～7的溶蚀液或由NaOH或KOH配置PH为7～10 的溶蚀液，溶液箱一端设置加热器为溶蚀液加热，溶液箱另一端设置溶蚀液的出口和入口， 溶液箱与钢腔连接的两条管路上分别设置了第一闸阀、第一液泵、第一流量计和第二闸阀， 第三闸阀、第二液泵、第二流量计和第四闸阀。

进一步，所述入射杆、柔性贴片、煤样和透射杆处同一直线上，入射杆位于钢腔自底部 以上1/3处；所述柔性贴片为3～10mm铝片；所述钢腔的上下两部分分割于钢腔自顶部以下 1/5处。

进一步，所述进气阀和排气阀通过三通连接，排气系统和进气系统在三通与钢腔之间共 用管路，且管路末端设于钢腔顶部。