[发明专利]一种矿用原位三轴实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种矿用原位三轴实验装置及方法。该装置包括立方体煤样，刚性支撑铁板，便携式刚性铁箱，压力传感器，导线，应力采集仪，液压泵，压力感应装置，液压管，三通，液压加载头。利用液压泵向液压加载头和埋于煤层中的压力感应装置内注液压油，使应力采集仪达到预定压力值。通过压力感应装置将煤层内部压力的变化传至液压加载头，使得煤体试样受到的压力为煤层内部的实际压力，同时监测煤体试样x轴，y轴，z轴方向的压力变化，并将测得的结果通过导线传输至应力采集仪。由此可得到煤矿开采时采面附近煤体的真实受力状态，为煤矿的安全开采工作提供帮助。本发明结构及原理简单，可有效的反映工作面静置或开采过程中的煤体受力状态。

技术领域

本发明涉及一种原位三轴实验装置及方法，特别是一种矿用原位三轴实验装置及方法。

背景技术

我国的煤炭资源非常的丰富，而且分布广泛，但是煤层的赋存条件差异很大，同时煤矿中的地应力随 着深度的增加而不断增加，各个方向上的地应力的大小也不尽相同。因此，了解煤矿采面附近的地应力对 于煤矿稳定性的评测及安全开采具有非常重要的意义。煤炭开采过程中，由于围岩和煤体应力的重新分布， 采空区围岩及其前方的煤体的应力应变状态都将随之发生变化，势必会对巷道支护的安全性产生影响，因 此，了解煤矿采面附近的地应力状态对于煤矿稳定性的评测及安全开采具有非常重要的意义。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于针对煤矿开采中存在的一些问题，提出了一种原理简单、容易操作、成 本低的矿用原位三轴实验装置及方法。

技术方案：一种矿用原位三轴实验装置及方法，该装置包括压力传感器、导线、应力采集仪、煤体试 样、液压加载头、液压管、液压泵、压力感应装置、三通；所述的液压加载头通过液压管和压力感应装置 相连接，液压加载头放置于便携式刚性铁箱内，压力感应装置放置于所挖的孔内。

所述的压力传感器与液压加载头相对于煤体试样位置对称并与应力采集仪通过导线相连接，压力传感 器的尺寸为110mm×110mm×40mm。

所述的应力采集仪为3通道，采用USB接口，可以同时采集3个压力传感器的数据。

所述的刚性支撑铁板数量为6，分别与煤体试样的6个面接触，接触面的尺寸与煤体试样的尺寸相同， 为150mm×150mm；刚性支撑铁板位于液压加载头和压力传感器之间，以使煤体试样表面受力均匀。

所述的液压泵通过三通和液压管将液压油充填至液压管、压力感应装置以及液压加载头中；所述的压 力感应装置承受煤层的压力并通过液压油将压力传递至液压加载头；所述的液压加载头和压力感应装置受 到的煤层的压力保持平衡，并通过原位取出的煤体试样将压力传至压力传感器；所述的压力传感器将所受 煤体试样的压力通过导线传至应力采集仪。

所述的三通3个接口分别用液压管连接液压加载头，液压泵，压力感应装置。

一种矿用原位三轴实验装置及方法，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的一端分别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；