[发明专利]基于高压承载条件下煤体接触角测试装置

说明书

基于高压承载条件下煤体接触角测试装置，包括充甲烷系统、充氦气标定系统、抽真空系统、注液系统、可视化加载釜体系统、成像测试系统和恒温系统，充甲烷系统的甲烷出口和充氦气标定系统的氦气出口与可视化加载釜体系统的气体进口并联连接，可视化加载釜体系统的气体出口与抽真空系统的气体进口连接，注液系统的液体出口与可视化加载釜体系统的液体进口连接，成像测试系统设置在可视化加载釜体系统的一侧并朝向可视化加载釜体系统拍摄，充甲烷系统、充氦气标定系统、可视化加载釜体系统和成像测试系统的部分构件均设在恒温系统的内部。本发明能够相似模拟不同煤层实际赋存条件，精确测试受载煤‑瓦斯‑液体三相体系中煤与液体之间的接触角。

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，具体地说，涉及一种基于高压承载条件下煤体接触角测试装置。

背景技术

随着我国煤矿开采深度和开采强度的增加，瓦斯隐患、粉尘隐患也逐渐加剧。瓦斯隐患导致煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、瓦斯超限等。粉尘隐患导致粉尘爆炸、尘肺病等，严重影响着工人的职业卫生健康。煤层注水是一项综合灾害治理措施，煤层注水润湿煤体效果与治理瓦斯、防尘、防突的效果紧密相关。接触角是衡量液体对煤体的润湿效果的一个重要参数，当接触角小于90°时，固体表面是亲水的；当接触角大于90°时，固体表面是疏水。

测量接触角最常用的方法是固定液滴法，而后通过外形图像分析的方法获得接触角。目前，关于煤体与液体接触角的测试，大多是在煤-空气-液体三相体系或煤-瓦斯-液体三相体系中进行。实际上，原位条件煤体润湿过程中，煤体的承载应力及煤体内的瓦斯均影响着煤与液体之间接触角的大小。因此，测试原位条件煤体与液体的接触角应在液体-瓦斯-受载煤体三相体系中进行。因为煤体吸附瓦斯后孔隙的表面能会降低，煤体处于受载状态时孔裂隙结构也不一样，这些差异均会造成煤-空气-液体三相体系中煤与液体之间的接触角与受载煤-瓦斯-液体三相体系中受载煤与液体所形成的接触角不同，进而导致对煤层注水润湿效果的评价不准确。

因此，为了准确评价液体对受载含瓦斯煤的润湿效果，有必要设计一种基于高压承载条件下煤体接触角测试装置，为深入研究煤层注水治理瓦斯、防尘、防突奠定提供参数支撑。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于高压承载条件下煤体接触角测试装置，本发明能够相似模拟不同煤层实际赋存条件，精确测试受载煤-瓦斯-液体三相体系中煤与液体之间的接触角。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于高压承载条件下煤体接触角测试装置，包括充甲烷系统、充氦气标定系统、抽真空系统、注液系统、可视化加载釜体系统、成像测试系统和恒温系统，充甲烷系统的甲烷出口和充氦气标定系统的氦气出口与可视化加载釜体系统的气体进口并联连接，可视化加载釜体系统的气体出口与抽真空系统的气体进口连接，注液系统的液体出口与可视化加载釜体系统的液体进口连接，成像测试系统设置在可视化加载釜体系统的一侧并朝向可视化加载釜体系统拍摄，充甲烷系统、充氦气标定系统、可视化加载釜体系统和成像测试系统的部分构件均设在恒温系统的内部。

充甲烷系统包括甲烷储瓶和甲烷参考罐，甲烷储瓶的甲烷出口与甲烷参考罐的甲烷进口通过第一气体管路连接，甲烷参考罐的甲烷出口连接有第二气体管路，第二气体管路的另一端与外界大气连通，第一气体管路上沿气体流动方向依次设置有甲烷调压阀和第一气体阀门，第二气体管路上沿气体流动方向依次设置有第一精密压力表、第二气体阀门、第二精密压力表、注气管路和第三气体阀门，注气管路的另一端与可视化加载釜体系统的气体进口连接。

充氦气标定系统包括氦气储瓶和氦气参考罐，氦气储瓶的氦气出口与氦气参考罐的氦气进口通过第三气体管路连接，氦气参考罐的氦气出口连接有第四气体管路，第四气体管路的另一端连接在位于第二气体阀门和第二精密压力表之间的第二气体管路上，第三气体管路上沿气体流动方向依次设置有氦气调压阀和第四气体阀门，第四气体管路上沿气体流动方向依次设置有第三精密压力表和第五气体阀门。