[发明专利]超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置及方法

权利要求书

1.一种超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置，所述实验装置包括超声激励系统、应力加载系统、气体控制系统和数据采集系统，其特征在于，所述超声激励系统包括超声波发射头(4-1)、变幅杆(4-2)、换能器(4-3)和超声波发生器(4-5)，所述超声波发生器(4-5)连接变幅杆(4-2)和换能器(4-3)组合形成的电信号转化装置，所述电信号转化装置一端通过管道连接超声波发生器(4-5)，另一端口连接超声波发射头(4-1)，所述超声波发射头(4-1)从立方体煤样(1-1)单侧面打孔注水后插入立方体煤样(1-1)中；所述立方体煤样(1-1)超声波发射头(4-1)插入单侧面设置后底座(1-5)，所述后底座(1-5)上设置有超声波发射头插入孔(4-7)、第一气管路入孔(2-4)、抽真空孔(2-12)，第一气管路入孔(2-5)通过第一气管路(2-4)连接甲烷气瓶(2-1)，抽真空孔(2-12)通过抽气管路连接真空泵(2-10)；

所述应力加载系统包括伺服控制系统(3-8)和伺服液压管路(3-7)，伺服液压管路(3-7)前端连接伺服控制系统(3-8)，伺服液压管路(3-7)后端同时连接X方向液压杆(3-2)、Y方向液压杆(3-4)和Z方向液压杆(3-5)；所述伺服控制系统(3-8)连接前端计算机(1-6)。

2.根据权利要求1所述的超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置，其特征在于，所述气体控制系统包括气体供给装置和气体抽吸装置，所述气体供给装置包括甲烷气瓶(2-1)、第一气管路(2-4)和第二气管路(2-6)，甲烷气瓶(2-1)通过第一气管路(2-4)连接后底座(1-5)上的第一气管路入孔(2-5)，甲烷气瓶(2-1)和第一气管路入孔(2-5)连接的第一气管路(2-4)上设置压力表(2-2)和第一阀门(2-3)；第二气管路(2-6)上设置了干燥过滤器(2-7)、第三阀门(2-8)和流量传感器(2-9)，所述的流量传感器(2-9)连接前端计算机(1-6)；所述气体抽吸装置包括真空泵(2-10)，真空泵(2-10)通过抽气管路连接后底座(1-5)上的抽真空孔(2-12)，真空泵(2-10)和抽真空孔(2-12)连接的抽气管路上设置第二阀门(2-11)。

3.根据权利要求2所述的超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置，其特征在于，所述数据采集系统包括计算机(1-6)，计算机(1-6)分别连接流量传感器(2-9)和伺服控制系统(3-8)，采集伺服控制系统(3-8)三轴压力数据以及流量传感器(2-9)在超声波激励下煤样(1-1)渗透率的变化数据。

4.根据权利要求3所述的超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置，其特征在于，所述立方体煤样(1-1)置于实验舱(1-3)内，所述X方向液压杆(3-2)上设置X方向抵推块(3-1)，X方向液压杆(3-2)带动X方向抵推块(3-1)抵压在其运动方向实验舱(1-3)固定面上；所述Y方向液压杆(3-4)上设置Y方向抵推块(3-3)，Y方向液压杆(3-4)带动Y方向抵推块(3-3)抵压在其运动方向实验舱(1-3)固定面上；所述Z方向液压杆(3-6)上设置Z方向抵推块(3-5)，Z方向液压杆(3-6)带动Z方向抵推块(3-5)抵压在其运动方向实验舱(1-3)固定面上；所述X方向抵推块(3-1)、Y方向抵推块(3-3)和Z方向抵推块(3-5)运动方向相互垂直，对立方体煤样(1-1)形成三轴压力。

5.根据权利要求1所述的超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置，其特征在于，所述变幅杆(4-2)端头连接超声波发射头(4-1)，所述变幅杆(4-2)端头连接超声波发射头(4-1)形成的杆状连接结构，所述杆状连接结构插入立方体煤样(1-1)表面圆孔进入煤样(1-1)内部，通过表面圆孔注入液体，立方体煤样(1-1)表面圆孔入口设置环氧树脂胶(4-7)和密封圈(4-8)作封闭处理，所述杆状连接结构和超声波发射头(4-1)之间形成水浴(4-4)空间。

6.根据权利要求5所述的超声波脉冲致裂含瓦斯煤体渗流实验装置，其特征在于，所述立方体煤样(1-1)表面圆孔直径为15-25mm，长度为140-160mm。