[发明专利]一种破碎岩体多相耦合蠕变加载试验装置及试验方法

说明书

本发明属于岩体加载试验技术领域，具体是一种破碎岩体多相耦合蠕变加载试验装置及试验方法，解决了实验室利用传统测试装置对松软破碎的构造煤煤样加压试验时，无法准确地模拟在不同轴向压力及孔隙压力下测试煤层热流固全程耦合参数的问题，包括轴向加压卸载装置、蠕变测试装置、渗透率测试检测装置和高低温试验环境控制装置，通过轴向加压卸载装置和高低温试验环境控制装置模拟不同的地层环境，利用蠕变测试装置和渗透率测试检测装置获得岩样加载试验数据。本发明结构简单，操作方便，测量重复性好，测量范围大，在本技术领域内具有广泛的实用性及创造性。

技术领域

本发明属于岩体加载试验技术领域，具体是一种破碎岩体多相耦合蠕变加载试验装置及试验方法。

背景技术

随着矿井开采规模及开采深度的增加，深部脆裂煤体片帮及破碎顶板冒落事故频发，严重影响了煤矿的高效安全生产，已成为制约现代化矿井深部开采的主要瓶颈。煤壁片帮是煤体在矿山压力作用下破碎坍塌的一种矿压显现现象，导致冒顶和片帮事故。

同时采矿引起的岩层塌陷严重地改变了覆岩的工程地质性质，形成了采矿塌陷破裂岩体条件；即使在开采结束后经过长时间自然压实，地表沉陷过程基本停止后，采矿引起的地下残留空洞、离层、裂缝和采空区破碎岩体的欠压密、空隙中饱水等现象依然存在，在各种内外因素，如地应力、地下水、地面建筑荷载等作用下，其相对平衡状态将再次被打破，并引发安全事故。可见，在完整岩体加载下的破碎岩体的特征具有极为重要的意义。

煤样热流固耦合是煤层气开发的重要技术问题，传统的测试装置大都要求将煤样制成规则柱状或块状试样，在模拟围压条件下测试时，对煤体的力学强度有较高的要求。而将松软破碎的构造煤煤样制成柱状或块状试样难度较大且构造煤的力学强度低，在实验室很难利用传统测试装置模拟地层条件的不同轴向压力及孔隙压力下测试煤层热流固全程耦合参数。

发明内容

本发明为了解决实验室利用传统测试装置对松软破碎的构造煤煤样加压试验时，无法准确地模拟在不同轴向压力及孔隙压力下测试煤层热流固全程耦合参数的问题，提供了一种破碎岩体多相耦合蠕变加载试验装置及试验方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种破碎岩体多相耦合蠕变加载试验装置，包括轴向加压卸载装置、蠕变测试装置、渗透率测试检测装置和高低温试验环境控制装置，通过轴向加压卸载装置和高低温试验环境控制装置模拟不同的地层环境，利用蠕变测试装置和渗透率测试检测装置获得岩样加载试验数据；轴向加压卸载装置包括轴向液压缸和轴向液压缸控制器，轴向液压缸设置有能够垂直向下伸长的液压缸活塞杆，蠕变测试装置包括设置在轴向液压缸活塞杆下端的位移计，带有位移计的液压缸活塞杆滑动连接有空心圆管；渗透率测试检测装置包括煤样渗透缸筒、渗透加压垫槽、高低温储气仓和盛水容器，渗透加压垫槽设置在煤样渗透缸筒上部，煤样渗透缸筒底部开有进气孔，进气孔通过导气管连接有带有减压阀的气瓶，盛水容器内设置有充满水且倒扣设置的量筒，量筒通过集气管与渗透加压垫槽连接；高低温试验环境控制装置包括试验控制箱，试验控制箱内设置有热交换器，试验控制箱通过导气管分别连接有高低温储气仓和冷热压缩式气体交换器。

轴向液压缸固定设置在试验台的顶板下，轴向液压缸控制器设置在试验台的中间板上，空心圆管设置在渗透加压垫槽上并与其连通，渗透加压垫槽为倒扣设置的圆筒结构，煤样渗透缸筒为空心圆柱组合结构并设置在试验台的底板上，高低温储气仓是设置在试验台底板上的密闭腔体并将煤样渗透缸筒和部分渗透加压垫槽包围在内，高低温储气仓内设置有压力传感器和电动导风板，电动导风板通过导气管连接有试验控制箱。

渗透加压垫槽的直径小于煤样渗透缸筒的直径，煤样渗透缸筒为上部小直径下部大直径的一体式空心圆柱结构，煤样渗透缸筒的顶部和底部分别设置有阻隔煤样掉落的透气孔板，渗透加压垫槽设置在顶部的透气孔板上。

一种破碎岩体多相耦合蠕变加载试验方法，包括如下步骤：