该方法有助于回答二氧化碳地质固存和煤层气回收领域有关煤的特性与气体吸附关系等关键问题。该技术的主要优点是静态和动态载荷可以在恒定的体积状态下应用于砖位,通过摄影监测将整个实验过程可视化。样品的种类没有特别的要求,因此这种方法可以适用于任何多孔岩石的机械测试。
首先,重量为1000克和300克的粉煤,粒径分布为零至一毫米和一至三毫米。将它们放在一个质量比例为 0.76 到 0.24 的烧杯中,并使用六毫米直径的玻璃棒将它们混合好。要准备水泥,请将四克胡马特钠粉放入烧杯中,并加入约 96 毫米的蒸馏水。
使用玻璃棒搅拌它们,并确保所有钠胡马特溶解良好。然后将230克混合煤粉和20克胡马特钠溶液混合在烧杯中。要用润滑油在成型工具的内表面生产标准尺寸的砖层涂层。
组装工具部件底板、主体和环,用 250 克混合材料填充孔。将压活塞放在混合材料的顶部,将所有部件放在电液压伺服通用测试机的活塞下。启动软件 WinWdw 控制电液压伺服通用测试机。
在软件中,单击力范围将最大力设置为 50 千吨,然后单击重置以清除位移值。左键单击选项强制加载控制。将移动比率设置为 0.1 千元/秒。
将目标力值设置为 29.4 千吨,保持时间为 900 秒。然后单击"开始"。之后,拿出成型工具,并把它们倒到橡胶板上。
使用橡胶锤按从底部到顶部的顺序拆卸刀具部件。将布里奎特放入40摄氏度的孵化器中48小时。首先,用高强度螺栓固定可视化容器的后门。
将计算机、数据采集盒和嵌入式气体压力传感器连接到后门。要获取可视化容器中的气体压力数据,请启动软件数据采集传感器。在软件上,单击"开始"。
打开阀 V1 并关闭 V2、V3 和 V4 以吸尘可视化容器室。30 分钟后关闭 V1 和真空泵。打开 V2 和带氦气的油箱。
使用手动减压阀调节油箱的出气压力。仔细观察数据采集传感器 16 上显示的气体压力曲线。当它达到大约两兆帕斯卡尔关闭V2和油箱。
然后在计算机上,启动软件 WinWdw 以测量负载活塞在测试机中向下移动的摩擦力。在软件中,单击力范围将最大力设置为五千新吨,然后单击重置以清除位移值。左键单击选项位移加载速率,将移动比率设置为每分钟 1 毫米。
单击"开始"。打开 V4 并向空气中排放氦气。拆解可视化容器的后门并关闭 V4。使用精度为 0.02 毫米的更薄的卡钳测量砖的高度和直径。
使用电子刻度以 0.01 克的精度称量砖的质量。将圆周变形测试装置的链辊安装在夹紧器的中间位置周围,并固定夹紧支架。通过可视化容器中的航空连接器将传感器与数据采集盒连接,并将其放在装载活塞下。
为确保数据采集的准确性,请调整链条辊和辊子顶部表面,使它们与装载活塞平行。然后启动 WinWdw 来控制通用测试机。在软件中,左键单击选项位移加载速率。
将移动比率设置为每分钟 10 毫米。在遥控器上,按下通用测试机的向下按钮,直到活塞和边缘之间的距离约为 1 到 2 毫米。然后组装可视化容器的后门。
如以前一样对可视化容器室进行真空。接下来打开V3和气罐的二氧化碳纯度为99.99%使用手动减压值来调节油箱的出气压力。仔细观察数据采集传感器 16 中显示的气体压力曲线。
当它接近目标值时,关闭 V3 和油箱。24小时吸附时间后,气体压力曲线保持稳定,气垫达到吸附和脱吸动态平衡状态。将带三脚架的摄像机放在可视化容器的窗口旁边,并调整高度和角度,以确保样品图像显示在摄像机屏幕的中心。
启动软件 SDU 变形采集 v2.0 以监控边缘的圆周变形。单击"开始"。在 WinWdw 上,单击新样品并键入砖的高度和直径。
单击分区区域,然后单击确认。单击力范围将最大力设置为五千新吨,然后单击重置以清除位移值。左键单击选项位移加载速率,将移动比设置为每分钟一毫米。
单击"开始"可压缩示例。同时按相机上的启动按钮开始视频录制。当样本完全失效时,单击 WinWdw 和 SDU 变形采集 v2.0 中的停止和数据保存。
然后再次按下相机上的"开始"按钮以停止视频录制。打开 V4 以释放容器中的二氧化碳,并拆解容器的后门。断开气体压力传感器和圆周变形测试装置的航空接头。
左键单击 WinWdw 上的选件位移加载速率,将移动比率设置为每分钟 10 毫米。按下通用测试机遥控器上的上按按钮。当容器的装载活塞在两到三毫米以上时,将毛轮取出,将其从链辊上拆下。
拆卸活塞之间的连接工具,并使用真空吸尘器清洁可视化容器。在本次实验中,等温吸附试验证明了原煤和煤层气吸附的甲烷气体吸附能力相似。试验中使用的砖样强度有一定波动,但对实验结果分析影响不大。
当在不同的二氧化碳压力下,从零到两兆帕,应力轴向应变曲线表现出明显的压实、弹性和塑性变形阶段。随着二氧化碳压力的增加,煤样的峰值强度降低,其呈现非线性关系。在二氧化碳饱和条件下,弹性模量减少,弹性模量与气体压力的关系也降低。
通过相机获得的图像会在不同的二氧化碳压力下,在样品表面发生断裂的演变。采用箱计数尺寸法来描述不同二氧化碳压力下失效状态断裂的特点。框数和侧长之间的相关系数都超过 0.95。
分形维数的值与二氧化碳压力值成正比,其趋势表明其与煤体损伤程度相似。最重要的是对试验程序有一定了解,在岩石力学和高压气体运行实验中具有一定的经验。经过改进,该技术可为单轴或三轴载荷状态下多孔介质和气体耦合效应的研究提供一条方法。
由于这种技术使用高压气罐,因此人们在加气和释放过程中需要小心操作。