[发明专利]可用于多相耦合的动静联合加载岩石试验机及试验方法

说明书

本发明公开了一种可用于多相耦合的动静联合加载岩石试验机及试验方法，装置由可视化围压加载室模块，气压控制模块，动力加载模块和恒容模块四部分组成；可视化围压加载室模块的加载室为外方内圆的钢筒式结构，三面开窗，窗口内嵌钢化高硼硅玻璃可实现试验过程的可视化，一面开口安装后门方便试件换取，并可在加载室内安装各类监测装置通过底板的传感器引线通道引出实现试验过程中试件各物理力学参数的实时监测；整套装置体积小巧、结构简单、便于拆装，实现了煤岩体标准试件在不同荷载形式和耦合形式下的吸附解吸特性、不同加载阶段含瓦斯煤体渗透性及损伤扩容破坏过程的精确、定量、可视化监测。

技术领域

本发明属于矿业工程、岩土工程科研技术领域，特别涉及一种用于研究揭示煤岩体在静态加载和动力扰动冲击状态下含瓦斯煤体的吸附解吸规律、不同加载阶段含瓦斯煤体渗透变化规律及损伤扩容破坏机理的试验装置系统和试验方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是一种非常复杂的动力现象，J.Hanes等人根据澳大利亚煤与瓦斯突出的考察分析，将煤与瓦斯突出发展过程分为四个阶段：激发阶段、临界阶段、发生阶段和结束阶段。对于突出的激发阶段其描述为：含瓦斯煤体的变形和破坏达到某种临界条件或外界突然施加了一个扰动荷载，导致失稳煤岩被快速破坏和抛出，并形成最初的突出孔洞。但是地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质在煤与瓦斯突出过程中的作用机制，目前尚未研究清楚。

关于煤与瓦斯突出机理的研究成果使我们基本认清煤与瓦斯突出的影响因素、发展过程、作用机制和发生条件，然而这些假说和理论在细节上却存在很大不同。特别是扰动条件下含瓦斯煤体的破碎致突机理和突出激发条件仍需要通过试验和理论分析等手段深入研究，由表及里，层层深入，揭示煤与瓦斯突出发生的本质。为此，迫切需要研制一种用于多相耦合的动静联合加载岩石试验装置。

目前，针对含瓦斯煤体的吸附解吸、损伤扩容影响研究，已开展了大量的研究工作，研制了一系列模拟试验装置，研究现状如下：

(1)申请号为201510055670.8的中国专利本发明公开了一种恒容含瓦斯煤气固耦合物理力学参数试验装置及方法,，包括用于对试件的定量充气、三轴加压卸压以及整个过程的可视化实时监测的可视化加载系统、用于实现轴向加压过程的容积恒定的恒容系统以及用于实现对围压的定量卸载以及试件吸附解吸过程的可视化监测的常压可视化气体体积测量系统。但存在装置体积较大试验不便，加载室整体采用圆筒玻璃抗压能力不能保证，且弧形玻璃观察拍照等图像容易变形等问题。

(2)申请号为200910104608.8的中国专利本发明公开了一种含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流装置,它包括升降机架、液压伺服控制系统、安装在升降机架顶部的轴向加载装置和连接在轴向加载装置下端的三轴压力室，能够进行不同地应力、不同瓦斯压力、不同温度等状态下的含瓦斯煤渗流试验研究以及含瓦斯煤在渗流过程中的变形破坏特征研究。

(3)申请号为201310137965.0的中国专利公开了一种岩石单裂隙不同温度下化学溶液渗流试验装置，包括试件装置系统、轴向加压系统、围压系统、化学溶液压力加载系统、伺服控制系统和数据采集系统，该设备适于研究不同温度化学溶液渗过岩石单裂隙时发生的化学腐蚀—应力耦合作用。

(4)《煤炭科学技术》2009年7月份第37卷7期由刘见中、张东明等发表的“含瓦斯煤在不同围压下的渗流特性试验”(第86～89页)一文中第1.2小节中公开了三轴压力试验装置，该装置由加载系统、测量系统和瓦斯供给系统3部分构成。其中加载系统由Ag-250和自主研发的三轴瓦斯渗流系统组成,测量系统主要是气体流量计,瓦斯供给系统由高压瓦斯罐、减压阀和压力表组成。可对变化围压和瓦斯压力条件下的煤样渗流特性进行研究。

综合分析上述单位的模型试验台架装置系统，还存在以下不足之处：

1.上述试验装置不论大小，均不能实现煤岩试件在三轴静态加载和多相耦合作用下的动力加载；