[发明专利]一种矿用原位三轴实验装置及方法

权利要求书

1.一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：该加载装置包括压力传感器1，刚性支撑铁板2，液压加载头3，导线4，应力采集仪5，液压管6，压力感应装置7、8、9，三通10，液压泵11，煤体试样13，便携式刚性铁箱12，压力传感器7、8、9通过导线和应力采集仪5连接，液压加载头3通过煤体试样13和压力传感器1平衡。压力感应装置7、8、9通过液压管6和液压加载头3相连接。

2.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的压力调节装置包括压力感应装置7、8、9、液压管6、液压泵11、液压加载头3；所述的压力感应装置7、8、9为大小两个柱体，大的直径为100mm，高度为50mm，小的直径为60mm，高度为20mm，能够承受的最大压强为100MPa，在内部充入液压油作为感应介质并通过液压管6和液压泵11以及液压加载头3相连接。

3.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的液压加载头3通过进液口和液压管6连接，液压加载头3一侧紧挨刚性铁板组成的外壳，另一侧紧挨刚性支撑铁板2，刚性支撑铁板2的另一侧紧挨煤体试样13；液压加载头3通过液压管6内的液压油和压力感应装置7、8、9达到压力平衡。

4.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的煤体试样13的尺寸为150mm×150mm×150mm,煤体试样整体完整表面基本平滑，无明显裂纹。

5.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的液压加载头3外部特征为大小两个圆柱，较大圆柱外侧有进液口来注入液压油；通过向液压加载头3内部注入液压油来控制两侧受力端所受的压力；两圆柱直径分别为100mm和60mm；较大圆柱直径高度为50mm，较小圆柱高度为20mm；液压加载头3的一侧与刚性支撑铁板2紧密接触，另一侧与便携式刚性铁箱紧密接触。

6.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的压力传感器1尺寸为110mm×110mm×40mm,一侧与刚性支撑铁板2相紧密接触，另一侧与便携式刚性铁箱紧密接触。

7.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的应力采集仪2有3个通道，可以同时采集3个压力传感器1的数据，采集的数据可通过USB数据存储器实时存储数据，也可通过标准信号输出接口与已有的煤矿安全监测系统分站连接，将数据实时传输到地面。

8.根据权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：所述的便携式刚性铁箱12尺寸为300mm×300mm×300mm，在铁板箱的侧面开有直径20mm的孔以供液压管6和导线4接入。

9.基于权利要求1所述的一种矿用原位三轴实验装置及方法，其特征在于：包括如下步骤：

a.选择挖槽位置，煤层工作面附近处开挖一大小合适的凹槽用来放置便携式三轴测定装置；

b.将从凹槽处挖出的煤块加工成一150mm×150mm×150mm的立方体煤样13；

c.选择打孔地点，孔的位置距离凹槽不超过一米，孔的深度应在10米到20米之间，孔的数量为3；孔与孔之间的距离不应超过1米；

d.将液压管6的一端连接在压力感应装置7、8、9的进液口上，将另一端连接至三通10；将三通10的另外两个接口一个封闭一个接液压泵11，利用液压泵11向压力感应装置7、8、9中注入液压油，测试液压管6及压力感应装置7、8、9的密封性；另外两个压力感应装置操作同上；

e.若密封性良好，则进行以下步骤，如果密封性不好，液压油有明显漏出，则处理后重复步骤d，直至密封性良好为止；

f.将3个压力感应装置7、8、9分别送入3个孔内，将压力感应装置与注浆封孔器胶结，然后将附有压力感应装置的注浆封孔器安装于直径略小于钻孔直径的PVC管，以便于将压力感应装置推进孔内，分别调整压力感应装置7、8、9的位置，使压力感应装置7、8、9分别沿x,y,z的受力方向进行分布，利用快速接头将每根PVC管依次连接，直至到达钻孔底部，待附有压力传感器的注浆封孔器到达底部后，开始用煤矿注浆设备通过PVC注浆管注入水泥浆，注浆程度保证压力感应装置与媒体之间无间隙，充填紧密；

g.将煤体试样13、刚性支撑铁板2、压力传感器1、液压加载头3按照如图所示放置于便携式三轴测定装置12中，并使各平面之间接触良好；将液压管6和导线4通过铁箱12表面的小孔伸出；将导线4与应力采集仪5的接口连接，将与3个液压加载头连接的3条液压管分别与3个三通相连接；

h.用液压泵9通过液压管6向压力感应装置7、8、9以及液压加载头3中注入液压油并读取应力采集仪5的读数，当读数达到预定压力值，停止注液压油；

i.通过应力采集仪5记录煤矿开采时试样13所受的应力变化情况。