[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

说明书

本发明提出一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，主要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；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。基于该实验装置，可以实现对煤层与岩层组合体进行固液耦合实验，解决了传统实验装置不能对水压、矿山压力进行调节的难题。

技术领域

本发明涉及煤炭领域，尤其涉及一种用于对煤层与岩层组合体进行固液耦合相似模拟实验的实验装置与使用方法。

背景技术

相似材料模拟实验是以工程现场的地质条件、受力条件、边界条件等为基础，采用几何相似、力学相似、物理参数相似等相似理论，在实验室重现工程现场的一种技术手段，广泛应用于采矿工程、土木工程、岩土工程等工程技术领域。

目前，传统的相似模拟实验主要对煤层与岩层组合体进行矿山压力显现模拟，极少能实现固液耦合相似模拟，部分学者开展了小尺度煤体或岩体试件的渗流实验，例如，发明专利CN202110000142.8公开了一种固液耦合实验装置与实验方法，但该装置主要用于对煤体或岩体试件的渗流过程进行分析，重点对小尺度煤体或岩体试件进行加卸载渗流实验分析，不能进行大尺度的煤层与岩层组合体相似模拟实验；部分学者对传统相似模拟实验系统进行改进，从而满足固液耦合相似模拟实验的基本要求，例如，发明专利CN201910567055.3公开了一种用于煤层开挖的三维固液耦合相似模拟系统及方法，但该系统与传统的煤层开挖相似模拟实验系统并无太大差异，且难以实现对水压、矿山压力的调整；发明专利CN201910513853.8公开了一种三维固液耦合相似模拟煤层采空区积水的装置与方法，但该系统不能进行加卸载变化控制，难以模拟水压、矿山压力变化对煤体、岩体强度的影响；发明专利CN201811416280.9公开了一种采动覆岩固液耦合三维无损监测系统及方法，该系统主要对采场上方岩层的渗流规律进行模拟，同样不能实现对煤层与岩层组合体在固液耦合作用下的应力、渗流、损伤破坏情况进行模拟。

综合上述分析可知，现有固液耦合实验装置不能对水压、矿山压力变化进行控制，不能实现对煤层与岩层组合体在矿山压力、水压的联合作用下，模拟分析煤层、岩层的应力、渗流、损伤、破坏等变化情况，国内外均无相关相似模拟实验装置。

发明内容

基于以上问题，本发明提出一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置与使用方法，能够对煤层与岩层组合体承受的水压、矿山压力进行调整，实现在水压、矿山压力联合作用下对煤层与岩层组合体的应力、渗流、损伤破坏进行相似模拟实验分析。

本发明提出一种煤岩体固液耦合相似模拟实验装置，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；

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。