(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221084820 0.7 (22)申请日 2022.07.19 (71)申请人 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 地址 113122 辽宁省抚顺市沈抚示范区滨 河路11号 (72)发明人 郭怀广　曹垚林　曲晓明　仇海生　 范尚崇　王宇鹃　王春光　田富超　 苏伟伟　马金魁　李杰　许江涛　 (74)专利代理 机构 沈阳易通专利事务所 21 116 专利代理师 于丽丽 (51)Int.Cl. G01N 3/34(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种测定气固耦合态煤岩强度试验装置及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种测定气固耦合态煤岩强 度试验装置及方法， 包括高压气瓶、 增压泵、 稳压 装置、 保压落锤装置、 真 空泵及高压胶管； 高压气 瓶的输出端通过高压胶管连接增压泵， 增压泵的 输出端通过高压胶管连接稳压装置， 稳压装置的 输出端通过高压胶管连接保压落锤装置的输入 端， 保压落锤装置的输出端通过高压胶管连接真 空泵； 保压落锤装置包括电控箱、 重锤破碎筒， 重 锤破碎筒固定于电控箱底部， 电控箱与重锤破碎 筒之间电连接； 重锤破碎筒包括上筒体、 中间筒 体、 下筒体、 磁感应气缸、 电磁吸盘装置以及重 锤。 本发明解决了现有人工操作的煤岩强度测定 方法的精度和效率低下的问题， 主要用于测试煤 岩体坚固性系数， 同时具备自动化测试及保压测 试的优点。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115308056 A 2022.11.08 CN 115308056 A 1.一种测定气固耦合态煤岩强度试验装置， 其特征在于： 包括高压气瓶、 增压泵、 稳压 装置、 保压落锤装置、 真空泵以及高压胶管； 所述高压气瓶的输出端通过高压胶管连接增压 泵， 增压泵的输出端通过高压胶管连接稳压装置， 稳压装置的输出端通过高压胶管连接保 压落锤装置的输入端， 保压落锤装置的输出端通过高压胶管连接真空泵； 所述保压落锤装 置包括电控箱、 重锤破碎筒， 重锤破碎筒固定于电控箱底部， 电控箱与重锤破碎筒之 间电连 接； 所述重锤破碎筒包括上筒体、 中间筒体、 下筒体、 磁感应气缸、 电磁吸盘装置以及重锤， 上筒体与中间筒体连通， 中间筒体与下筒体连通， 磁感应气缸一端设置于上筒体顶部， 磁感 应气缸上设置有气缸伸缩杆， 气缸伸缩杆穿过上筒体进入中间筒体中， 中间筒体中设置电 磁吸盘装置， 气缸伸缩杆 的下部与电磁 吸盘装置固定连接， 电磁 吸盘装置底部吸 附连接重 锤； 电控箱与磁感应气缸之 间电连接， 稳压装置通过高压胶管与重锤破碎筒的下筒体连接， 重锤破碎筒的下筒体通过高压胶管与真空泵连接 。 2.根据权利要求1所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述高 压气瓶与增压泵之 间的高压胶管上连接有第一闸阀， 增压泵与稳压装置之 间的高压胶管上 连接有第一压力传感器， 稳压装置与保压落锤装置之间的高压胶管上依次连接有第二闸 阀、 第二压力传感器、 流 量传感器。 3.根据权利要求2所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述保 压落锤装置与真空泵之间的高压胶管上连接有第三闸阀， 第一压力传感器、 第二压力传感 器、 流量传感器均连接有数据采集器， 数据采集器连接有计算机 。 4.根据权利要求1所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述电 控箱上设置有操作面板， 操作面板安装于电控箱前侧箱壁上方， 电控箱内部设置有控制电 路； 操作面板上设置有次数调节键、 控制开关以及指示灯， 次数调节键、 控制开关以及指示 灯均与控制电路相连， 次数调节键通过控制电路与重锤破碎筒内部的磁感应气缸电连接； 电控箱通过控制电路还分别与增压泵、 真空泵电连接 。 5.根据权利要求1所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述上 筒体顶部设置有与磁感应气缸固定连接在一起的第一法兰盘， 第一法兰盘连接于上筒体的 筒口上， 磁感应气缸固定于第一法兰盘的中心 孔上， 磁感应气缸上还设置有气缸端头， 气缸 端头固定连接于第一法兰盘中心处， 气缸端头与气缸伸缩杆之间通过组合垫圈密封连接； 上筒体与中间筒体之间设置有第二法兰盘， 上筒体与中间筒体通过第二法兰盘连接， 磁感 应气缸的气缸伸缩杆 经过第二法兰盘中心的通 孔进入到中间筒体中。 6.根据权利要求1所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述上 筒体内设置有用于控制电磁吸盘装置有磁性或无磁性的磁性变换控制件， 磁性变换控制件 包括导电杆、 导电滚轮、 导电滑道， 位于气缸伸缩杆的两侧且关于气缸伸缩杆的中心对称连 接有导电杆， 气缸伸缩杆两侧的导电杆端部均连接有导电滚轮， 位于上筒体内侧 壁上竖直 设置有分别与两个导电滚轮配合连接的导电滑道， 导电滚轮通过气缸伸缩杆 的带动可上、 下滑动连接 于导电滑 道中， 导电滑 道与电控箱之间电连接 。 7.根据权利要求6所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述导 电滑道包括导电铜片、 有机玻璃板槽， 有机玻璃板槽固定于上筒体内侧壁上， 导电铜片固定 卡接于有机玻璃板 槽中。 8.根据权利要求1所述的一种测定气固耦合态煤岩 强度试验装置， 其特征在于： 所述下权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115308056 A 2筒体为煤样放置筒体， 下筒体包括煤样罐与煤样臼， 煤样臼配合套接于煤样罐的外侧， 煤样 臼高于煤样罐， 下筒体与中间筒体连接处设置有压环， 采用压环卡接于煤样 臼上端口与中 间筒体之间， 实现中间筒体与下筒体的密封， 煤样臼 内径与煤样罐的外径相对应。 9.一种测定气固耦合态煤岩强度试验方法， 其特 征在于： 包括如下步骤： 步骤一， 检查权利要求1至8中任一项所述测定气固耦合态煤岩强度试验装置的气密 性， 具体步骤包括： 先将制备好的煤样放置在下筒体中， 再利用压环实现密封； 打开第一闸 阀， 将高压气瓶中的高压气体充入保压落锤装置装有煤样的下筒体中， 并利用增压泵及稳 压装置达到实验 所需最高压力， 关闭第一闸阀； 保持6小时以上， 观测压力是否有变化； 若有 变化， 需对试验装置进行检测； 若无变化， 利用真空泵对下筒体脱气抽真空， 进行下一步实 验； 步骤二， 向保压落锤装置装有煤样的下筒体中充入预定压力的甲烷气体CH4， 具体步骤 包括： 利用真空泵对下筒体脱气抽真空后， 打开第一闸阀， 进行充气； 通过数据采集器将第 一压力传感器、 第二压力 传感器、 流量传感器的数据传输至计算机； 保持2 4h以上， 使煤样充 分吸附气体， 记录最终平衡压力， 关闭第一闸阀； 步骤三， 煤岩强度测试， 具体步骤包括： 煤样吸附平衡后， 操控电控箱上的操作面板进 行落锤试验， 测试在预定压力条件下煤岩强度； 重复上述步骤一、 步骤二， 测试在不同气体 压力条件下煤岩强度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115308056 A 3