一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置

本技术涉及承载性能实验，尤其是涉及一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置。

背景技术：

1、二氧化碳的封存场所包括海洋和地下，其中地质封存研究较多，地质封存方式主要有：深部咸水层封存，油气田封存、无开采价值的深部煤层封存。

2、同时采空区充填材料的承载强度是决定采空区二氧化碳封存可靠性的关键。

3、现有的三轴压缩试验设备（如cn207850832u），无法模拟采空区充满二氧化碳气体的环境，试验设备内部无测定二氧化碳气体浓度、湿度和压力的仪器，无法还原模拟现实采空区环境；或者现有混凝土碳化实验箱虽能准确模拟碳封存采空区气体环境和湿度（如cn203232033u），但无法模拟碳封存采空区内充填材料所承受的顶板重力和气体压力环境，并且实验设备过大，不能与其他力学设备配合使用。因此，开发出一种实验方法简单，且能控制试验系统内气体参数、湿度、气体压力、上覆载压力的实验装置及实验方法是推进当下绿色采矿行之有效的措施。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，使得充填材料在可控覆载压力下进行碳化实验，并能够对填充材料的二氧化碳浓度和湿度进行调控，使得模拟实验更具真实性，实验数据更贴近现场数据。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，包括釜体和釜盖，釜体与釜盖卡接，釜盖的中部设置有使活塞穿过的通孔，活塞的外部套设有套筒，活塞与釜盖及套筒均密封滑动连接；封盖上设置有向釜体内通入二氧化碳、水蒸汽的进气管，封盖上设置有测定釜体内二氧化碳浓度、湿度和气压的测定仪。

3、优选的，所述釜体的顶部设置有向外翻折的釜齿，釜盖的底部内表面设置有与釜齿相适配的盖齿，盖齿与釜齿间隔设置，盖齿旋转后卡设在釜齿与釜体之间。

4、优选的，所述套筒的顶部与釜盖之间设置有密封圈一，套筒顶部与釜盖之间密封固定连接。

5、优选的，所述釜盖的内表面上设置有将釜盖与釜体进行密封的密封垫。

6、优选的，所述活塞与釜盖之间设置有密封圈二；活塞的侧面上设置有将活塞与套筒进行密封的活塞环。

7、优选的，所述活塞的顶端与压力机的凸模接触，用于对釜体内的试样进行加压。

8、优选的，所述进气管通过三通道气体单向阀与二氧化碳储气瓶、加湿器连接，进气管通过进气软管与三通道气体单向阀设置有泄压阀的一支路连接，泄压阀设置在支路的侧壁上；二氧化碳储气瓶通过送气软管与三通道气体单向阀设置有二氧化碳单向阀的一支路连接，加湿器通过送气软管与三通道气体单向阀设置有水蒸汽单向阀的一支路连接。

9、一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置的实验方法，包括以下步骤：

10、s1、根据釜体内部大小设计试样尺寸，将试样放入釜体内，并置于活塞底端正下方，盖好釜盖；

11、s2、把釜体放置于压力机的凸模正下方，且凸模与活塞顶端接触对齐；

12、s3、通过进气软管将进气管与三通道气体单向阀设置有泄压阀的一支路连接；通过送气软管将二氧化碳储气瓶与三通道气体单向阀设置有二氧化碳单向阀的一支路连接；通过送气软管将加湿器与三通道气体单向阀设置有水蒸汽单向阀的一支路连接；

13、s4、将水蒸汽单向阀打开，同时关闭泄压阀和二氧化碳单向阀，向釜体内部通入水蒸汽，实现釜体内部湿度的调节；

14、s5、将二氧化碳单向阀打开，同时关闭泄压阀和水蒸汽单向阀，向釜体内部通入二氧化碳，实现釜体内部二氧化碳浓度的调节；

15、s6、通过测定仪观察釜体内的湿度、气压、二氧化碳浓度，若需要降低釜体内气压，则打开泄压阀，关闭二氧化碳单向阀和水蒸汽单向阀，对釜体气压进行调节；

16、s7、通过压力机的凸模对活塞施加垂直向下的压力，通过控制器控制施加的压力大小，通过活塞把压力传至试样，实现釜体内充填材料试样覆载压力的调节。

17、优选的，所述s1中，试样的直径不大于活塞的直径，试样的高度不高于釜体的高度。

18、优选的，所述s4、s5和s6中，进气管通过三通道气体单向阀与二氧化碳储气瓶、加湿器连接，进气管通过进气软管与三通道气体单向阀设置有泄压阀的一支路连接，泄压阀设置在支路的侧壁上；二氧化碳储气瓶通过送气软管与三通道气体单向阀设置有二氧化碳单向阀的一支路连接，加湿器通过送气软管与三通道气体单向阀设置有水蒸汽单向阀的一支路连接。因此釜体内部参数的调节是通过观察测定仪数据的变化，进而调节三通道气体单向阀相应阀门的开关，达到控制釜体内参数的目标。

19、优选的，所述s7中，活塞的顶端与压力机的凸模接触，用于对釜体内的试样进行加压。

20、本实用新型所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置的优点和积极效果是：釜体内设置有活塞，通过压力机的凸模作用在活塞上然后对充填材料试样进行不同覆载的模拟，釜体上设置的进气管通过三通道气体单向阀与二氧化碳储气瓶和加湿器连接，从而调整釜体内的气压、湿度和二氧化碳浓度，模拟充填材料试样的不同湿度、气压和二氧化碳浓度的环境，使得模拟场景更贴合实际，提高充填材料承载性能实验数据准确性。

21、下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：包括釜体和釜盖，釜体与釜盖卡接，釜盖的中部设置有使活塞穿过的通孔，活塞的外部套设有套筒，活塞与釜盖及套筒均密封滑动连接；封盖上设置有向釜体内通入二氧化碳、水蒸汽的进气管，封盖上设置有测定釜体内二氧化碳浓度、湿度和气压的测定仪。

2.根据权利要求1所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：所述釜体的顶部设置有向外翻折的釜齿，釜盖的底部内表面设置有与釜齿相适配的盖齿，盖齿与釜齿间隔设置，盖齿旋转后卡设在釜齿与釜体之间。

3.根据权利要求1所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：所述套筒的顶部与釜盖之间设置有密封圈一，套筒顶部与釜盖之间密封固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：所述釜盖的内表面上设置有将釜盖与釜体进行密封的密封垫。

5.根据权利要求1所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：所述活塞与釜盖之间设置有密封圈二；活塞的侧面上设置有将活塞与套筒进行密封的活塞环。

6.根据权利要求1所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：所述活塞的顶端与压力机的凸模接触，用于对釜体内的试样进行加压。

7.根据权利要求1所述的一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，其特征在于：所述进气管通过三通道气体单向阀与二氧化碳储气瓶、加湿器连接，进气管通过进气软管与三通道气体单向阀设置有泄压阀的一支路连接，泄压阀设置在支路的侧壁上；二氧化碳储气瓶通过送气软管与三通道气体单向阀设置有二氧化碳单向阀的一支路连接，加湿器通过送气软管与三通道气体单向阀设置有水蒸汽单向阀的一支路连接。

技术总结
本技术公开了一种测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，包括釜体和釜盖，釜体与釜盖卡接，釜盖的中部设置有使活塞穿过的通孔，活塞的外部套设有套筒，活塞与釜盖及套筒均密封滑动连接；封盖上设置有向釜体内通入二氧化碳、水蒸汽的进气管，封盖上设置有测定釜体内二氧化碳浓度、湿度和气压的测定仪。本技术采用上述测试碳封存采空区充填材料承载性能的实验装置，使得充填材料在可控覆载压力下进行碳化实验，并能够对填充材料的二氧化碳浓度和湿度进行调控，使得模拟实验更具真实性，实验数据更贴近现场实际，提高模拟结果的准确性。

技术研发人员：张志义,苏慧,管伟明,宋永泽,赵博
受保护的技术使用者：新疆大学
技术研发日：20230222
技术公布日：2024/1/13