[发明专利]动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置及方法

权利要求书

1.一种动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：包括一个盛装破碎煤岩体试样的不锈钢桶，钢桶内设置压头，钢桶正面设有DIC观测窗口，钢桶底部设有滤网，钢桶底座上的自动升降柱以及若干注酸水桶和磁性配重块；破碎煤岩体试样上方与压头接触，压头两侧设有磁性配重块，压头顶部带有压板，破碎煤岩体试样的顶部两端分别设有与注酸水桶连接的进水导管，自动升降柱的顶部接触压板。

2.根据权利要求1所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：所述的不锈钢桶由耐酸且强度较高的SUS316L不锈钢材料制作而成；所述的钢桶顶部安装有测距传感器，量程1m，测距传感器检测到配重块或压板会输出信号，输出信号接入PLC控制器，由PLC读取处理，测距传感器用来监测压头的行程，从而得出破碎煤岩体的压实量；所述钢桶内的压头由耐酸且强度较高的SUS316L不锈钢材料制作而成；

所述滤网由耐酸且强度较高的SUS316L不锈钢材料制作而成，滤网的网孔数为200目。

3.根据权利要求1所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：所述的DIC观测窗口在不锈钢钢桶正面居中的位置，安设一个不锈钢窗框和两页不锈钢窗扇，将两块耐酸高强度具有高透射率的透明石英玻璃固定在两页不锈钢窗扇上，不锈钢窗扇和不锈钢窗框之间用合页固定，且两页窗扇正面各有一个把手，方便开合玻璃，耐酸高强度具有高透射率的透明石英玻璃是曲面形状，它用来透过DIC仪器发射出来的光线，DIC仪器通过石英玻璃观测试样的表面变形破坏信息。

4.根据权利要求1所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：所述底座上固定有自动升降柱，自动升降柱为电动式，自动升降柱控制带压板的压头升降；自动升降柱对压板起支撑作用，通过降柱与压板完全脱离，由压头自重给试样施加稳压，且不同的稳压状态通过增减磁性配重块实现。

5.根据权利要求1所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：所述不锈钢桶侧面沿圆周方向等间距开设6个进水螺孔，并通过进水导管分别连接六个盛有不同pH值的注酸水桶；所述注酸水桶由聚四氟乙烯材料制作而成，注酸水桶底部连接进水导管，通过进水阀门控制进水；所述进水导管用聚四氟乙烯材料制成，进水导管出水端有与钢桶进水螺孔相匹配的外螺纹，通过外螺纹使进水导管连接在钢桶进水螺孔中，进水导管与钢桶外壁做密封处理。

6.根据权利要求1所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：所述底座内部开设三个出水孔和一个出水螺孔，并将三个出水孔与出水螺孔连通；底座通过螺柱与钢桶连接，底座外壁有出水导管，出水导管进水端有与底座出水螺孔相匹配的外螺纹，通过外螺纹使出水导管连接在底座出水螺孔中，出水导管与底座外壁做密封处理；所述出水导管用聚四氟乙烯材料制成，出水导管另一端连接水龙头控制出水，水龙头下放置一个回收桶，用于回收酸性水。

7.根据权利要求1所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于：所述压头是一个圆柱钢，圆柱的直径与钢桶内径相匹配；所述的磁性配重块与压头接触面进行磁化处理，磁性配重块能磁吸在压头上。

8.一种动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试方法，采用权利要求1~7任一项所述的动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置，其特征在于包括如下步骤：

(1)在实验室内将动静荷载-酸性水耦合破碎煤岩体力学测试装置组装，首先用螺柱将钢桶固定在底座上，再将装置放在压力机上，进水阀门和水龙头保持关闭；

(2)自动升降柱升柱，在钢桶底部放置滤网，在钢桶中铺设破碎煤岩体试样，所用试样粒径在2.5mm-10mm之间，粒径不宜太大，试样高度与进水螺孔基本持平；自动升降柱缓慢降柱，将带压板的压头慢慢放入钢桶中，直至与试样接触，再完全降柱，与压板完全脱离，由压头自重给试样施加稳压，不同的稳压状态可通过增减磁性配重块实现；

(3)打开1号水桶进水阀门，将pH为1的酸性水注入钢桶内，直至酸性水高度与进水螺孔持平，酸水没过试样，关闭进水阀门，浸泡试样5天；

(4)5天后，打开水龙头，将钢桶内的酸性水排完，关闭水龙头；

(5)打开DIC观测窗口，给钢桶内的试样喷上黑漆，形成黑色斑点，再合上窗口，窗框和窗扇与钢桶接触处进行密封处理，将DIC仪器布置在透明石英玻璃前，调整好观测位置和角度；

(6)打开测距传感器，启动压力机，对试样施加载荷；

(7)将测距传感器的数据以及压力大小进行记录并保存，将DIC观测到的表面变形破坏信息保存；

(8)自动升降柱升柱，将带压板的压头悬空，拧开底座与钢桶连接的螺柱，清理钢桶内的试样，并用清水冲洗干净钢桶内腔和滤网以及底座内部的出水管路；

(9)重复上述步骤（1）-（8），要求所用破碎煤岩体是同一批次，将破碎煤岩体在pH为1的酸性水中浸泡10天、15天、20天，调整好DIC仪器观测位置和角度，探究前期不同稳压状态下，pH相同的酸性水中，后期不同的侵蚀时长对破碎煤岩体的力学特性影响和表面变形破坏信息，将数据信息记录保存；

(10)重复上述步骤（1）-（8），依次将2.3.4.5.6号注酸水桶内的酸性水注入钢桶内，调整好DIC仪器观测位置和角度，依次将数据记录保存；探究前期不同稳压状态下，后期不同pH的酸性水侵蚀不同时长的破碎煤岩体的力学特性以及表面变形破坏信息。