[发明专利]一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置与使用方法

权利要求书

1.一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，其特征在于，包括实验主体承载架、侧向承载架、第一加载机构、第二垂向加载机构、第三侧向加载机构、液压千斤顶、稳定支撑梁；

所述实验主体承载架包括密封背板、侧向密封板、挡水板、密封底板、承载底板、水沟、收集水仓、第一出水管、第二出水管、支撑腿、第一连接耳板、第二连接耳板、第三连接耳板、第四连接耳板；

所述密封背板与侧向密封板、密封底板为固定连接；

所述承载底板与密封底板为固定连接，且承载底板应略低于密封底板，形成一个台阶；

所述承载底板上开设水沟，且水沟应紧邻挡水板；

所述挡水板主要用于阻止渗出的水流出实验台，并能够通过开设的水沟流入收集水仓；

所述收集水仓用于收集实验过程中从煤层与岩层组合体材料中渗出的水；

所述第一出水管用于监测水压变化，并在实验结束后将水放出；

所述第二出水管用于放出收集水仓内储存的水；

所述第一连接耳板用于与所述液压千斤顶的一端连接；

所述第二连接耳板、第三连接耳板、第四连接耳板用于与所述侧向承载架连接，组合形成稳定的实验台；

所述侧向承载架包括承载架支撑侧板、承载架导向孔、承载架螺纹孔、承载架第一连接耳板、承载架第二连接耳板、承载架第三连接耳板、承载架第四连接耳板；

所述承载架第一连接耳板与所述第二连接耳板相连；

所述承载架第二连接耳板与所述第四连接耳板相连；

所述承载架第三连接耳板与所述第三连接耳板相连；

所述承载架第四连接耳板与所述稳定支撑梁的一端相连；

由一个所述实验主体承载架、两个所述侧向承载架、一个所述第一加载机构、一个所述第二垂向加载机构、两个所述第三侧向加载机构、两个所述液压千斤顶、一根所述稳定支撑梁组成所述的煤岩体固液耦合相似模拟实验装置；

所述第一加载机构的两端分别与两个所述液压千斤顶的一端进行连接，所述液压千斤顶的另一端与所述实验主体承载架连接；

所述侧向承载架分别与实验主体承载架、第二垂向加载机构、第三侧向加载机构、稳定支撑梁进行连接；

所述第二垂向加载机构的两端分别与两个所述侧向承载架连接；

所述第三侧向加载机构与侧向承载架连接；

所述稳定支撑梁的两端分别与两个所述侧向承载架连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，其特征在于，所述第一加载机构包括第一加载加压板、第一加载筋板、注水管、第一加载连接耳板；

所述第一加载连接耳板与所述液压千斤顶的一端连接。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，其特征在于，所述第二垂向加载机构包括第二加载加压板、第二加载固定板、第二加载导向柱、第二加载螺栓、第二加载连接耳板；

所述第二加载加压板与所述第二加载导向柱为固定连接，在所述第二加载固定板上开设导向孔，所述第二加载导向柱可以沿导向孔进行上下运动；

所述第二加载固定板上开设螺纹孔，所述第二加载螺栓通过开设的螺纹孔向所述第二加载固定板施加载荷；

所述第二加载连接耳板与所述承载架第二连接耳板连接。

4.根据权利要求1所述的一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，其特征在于，所述第三侧向加载机构包括第三侧向加载加压板、第三侧向加载导向柱、第三侧向加载螺栓；

所述第三侧向加载导向柱与所述第三侧向加载加压板为固定连接；

所述第三侧向加载螺栓通过所述承载架螺纹孔向所述第三侧向加载加压板施加载荷。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的煤岩体固液耦合相似模拟实验装置的使用方法，其特征在于，包括：

S001，根据工程现场实际情况确定相似材料物理力学参数，以及模型的几何参数；

S002，将所述侧向承载架与实验主体承载架连接固定，将所述稳定支撑梁的两端分别与两个所述侧向承载架连接固定；

S003，将所述第三侧向加载机构的第三侧向加载导向柱穿过承载架导向孔，并根据煤层与岩层组合体尺寸要求，用第三侧向加载螺栓通过承载架螺纹孔进行限位；

S004，根据模型的几何参数、模型材料的物理力学参数，在所述承载底板上铺设煤层与岩层组合体材料；

S005，将第二加载加压板置于煤层与岩层组合体材料上，将第二加载固定板通过开设的导向孔与第二加载导向柱连接，并通过所述第二加载连接耳板与承载架第二连接耳板连接，此时，通过第二加载螺栓向所述第二加载加压板施加压力，模拟煤层与岩层组合体受到的初始作用力；

S006，通过调整所述第三侧向加载螺栓，从而调整第三侧向加载加压板向煤层与岩层组合体施加的侧向载荷；通过调整所述第二加载螺栓，从而调整第二加载加压板向煤层与岩层组合体施加的垂向载荷；

S007，将所述第一加载机构的两端分别与两个液压千斤顶的一端进行连接，将所述液压千斤顶的另一端与实验主体承载架连接；

S008，在所述第一出水管上安装水压表，同时利用水压表封堵第一出水管，并根据实验要求，通过注水管进行注水，注水过程中，通过水压表压力的变化判断水位的变化，当达到初始水压值时停止注水；

S009，进行煤岩体固液耦合实验；通过调整所述液压千斤顶的伸缩行程，改变煤层与岩层组合体材料受到的水压值；通过调整所述第二加载螺栓，改变煤层与岩层组合体材料受到的垂向载荷；通过调整所述第三侧向加载螺栓，改变煤层与岩层组合体材料受到的侧向载荷；通过监测所述收集水仓收集的渗水量与时间的关系，分析煤层与岩层组合体材料的损伤破坏特性；

S010，实验结束，拆除实验设备。