[发明专利]用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置及方法，属于矿山岩体力学研究领域。本发明通过利用红外可视化监测手段揭示三轴加卸载条件下含瓦斯煤岩损伤破坏、吸附解吸特性及动静载荷组合条件下破坏机理。本装置首次将红外观测应用于三维真实应力环境中煤岩动静加卸载组合条件下煤岩非均匀破坏特性、吸附解吸时空演化规律的研究。本装置使用低热导材料，隔热涂料等方法，克服了现有红外技术易受环境温度影响的难题。本装置采用瓦斯等气体提供围压，不仅克服了传统油压条件下，高压油容易侵入煤体而导致实验失败的问题，同时真实模拟了气固耦合动静加卸载条件下煤岩的变形破坏与吸附解吸特性。

技术领域

本发明属于矿山岩体力学研究领域，具体涉及一种用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置及试验方法。

背景技术

煤与瓦斯突出是一种在压力作用下，破碎的煤与瓦斯由煤体内突然向采掘空间大量喷出的现象。煤与瓦斯突出是煤矿井下生产中破坏性极大的一种自然灾害，严重威胁着煤矿的安全生产。当前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，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。尤其是符合真实采矿环境的动静态组合加卸载条件下含瓦斯煤体的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。因此，研制一种用于煤岩气固耦合动静加卸载试验装置具有重要意义。

目前，前人针对含瓦斯煤体变形破坏及吸附解吸特性的研究，已开展了大量的研究工作并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。包括可视化加载系统、恒容系统以及常压可视化气体体积测量系统。但该装置不能模拟实现煤岩体三维动静态组合加卸载条件下变形破坏实验，且存在装置体积较大试验不便，弧形玻璃观察拍照等图像容易变形等问题。

（2）申请号为201510055670.8的中国专利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，该发明设置可视化窗口通过高速相机对煤岩体轴向加卸载过程中变形破坏特征进行观测。该高速相机仅能在可见光范围内对试样已经发生的破裂信息进行采集观测，无法实现变形破坏前兆信息的采集，不能对煤岩破裂灾害做出预测预警。

另一方面红外热成像技术具有非接触、无损伤、实时性、费用低、效率高的优点，它可以通过远距离观测试件表面温度信号，实现对煤岩体破坏失稳的预测预报。许多专家学者陆续建立了室内热红外辐射观测试验系统，开展了大量对多种岩石以及煤等材料的变形红外辐射的试验，研究结果表明岩石在受力变形直至破坏过程中存在规律性的红外辐射效应，岩石在变形破坏时存在红外异常前兆。申请号为CN201810199495.3的中国专利公开了一种多场红外辐射观测装置及方法，但该装置仅能实现两向受力条件下煤岩红外辐射特性的研究，同时不能提供气固耦合的实验条件，进而无法实现煤与瓦斯突出机理的深入探究。

综上，目前缺乏运用红外观测手段对煤岩气固耦合动静加卸载条件下煤岩裂纹萌生、发展直至破坏前兆信息进行研究的试验装置及实验方法，无法实现煤与瓦斯突出机理和突出激发条件的深入探究。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置及方法。

为实现上述目的，提出一种用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置，包括：箱体容器、顶板、空心钢管下落轨道、压板、多孔板、红外观测窗口、底座、气源钢瓶、减压阀、总阀门、三通管、吸附解吸气体压力传感器、吸附解吸气体流量传感器、阀门一、围压气体压力传感器、围压气体流量传感器、阀门二、电磁阀、数据采集与控制系统及落锤；