[发明专利]模拟真实应力场景的智能控制瓦斯吸附解吸试验系统及其试验方法

说明书

本发明涉及一种模拟真实应力场景的智能控制瓦斯吸附解吸试验系统，其特征在于，包括三轴加载箱、竖向压力加载系统、第一水平方向加载系统、第二水平方向加载系统、竖向变形测量系统、第一水平方向变形测量系统、第二水平方向变形测量系统、气体供应系统、气体平衡系统、计算机控制系统和煤岩体试件；本发明系统能够在真三维围岩应力条件下进行煤岩体的吸附、解吸试验，使试验数据更为准确。

技术领域:

本发明涉及煤岩体对瓦斯的吸附和解吸特性试验领域，特别是涉及一种模拟真实应力场景的智能控制瓦斯吸附解吸试验系统及其试验方法。

背景技术:

煤矿事故的很大一部分原因是瓦斯爆炸，研究煤矿瓦斯的吸附与解吸特性，并根据其吸附、解吸特性采取针对性的措施，来防范瓦斯爆炸显得尤为重要；由于煤矿井下地质条件非常复杂，在工程设计阶段无法进行大量的现场试验和测试，而室内模拟试验是研究瓦斯吸附-解吸规律的有效方法，其关键技术是复杂试验边界条件的实现；煤岩体的应力状态对其吸附解吸特性有非常显著的影响，然而目前的瓦斯吸附解吸试验装备却不能在真三维围岩应力条件下进行吸附解吸试验。

另外，在工程现场，瓦斯吸附会导致煤岩体膨胀变形，从而挤压周围岩体，在此过程中又必然受到周围岩体按特定比例（由岩体刚度控制）增加的反作用力，能够产生这种反作用力的边界在本发明中称为恒定刚度边界，但是，现有的瓦斯吸附-解吸模拟试验设备不能实现恒定刚度边界条件。

另外，由于工程现场围岩受力是非均匀的，随埋深的增加受力增大，然而现有的试验机加载时，每个加载面只能施加均匀应力，导致岩石破坏规律不准确，缺乏便捷的非均匀加载装置。

发明内容：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模拟真实应力场景的智能控制瓦斯吸附解吸试验系统及其试验方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

模拟真实应力场景的智能控制瓦斯吸附解吸试验系统，其特征在于，包括三轴加载箱、竖向压力加载系统、第一水平方向加载系统、第二水平方向加载系统、竖向变形测量系统、第一水平方向变形测量系统、第二水平方向变形测量系统、气体供应系统、气体平衡系统A8、计算机控制系统和煤岩体试件；

所述的三轴加载箱，为正方体空心箱体，具有管线通道、气体流入孔和气体流出孔，三轴加载箱具有单侧可打开的门；

所述的竖向压力加载系统，包括第一伺服油源、第一液压油缸、第一垫块、第二垫块、第一压力传感器和第一压力数据采集仪，第一伺服油源与第一液压油缸连通，以为第一液压油缸提供伸缩的驱动力，第一伺服油源用于驱动第一液压油缸给煤岩体试件施加竖向压力；所述的第一液压油缸固定在三轴加载箱内侧顶部，所述的第一压力传感器固定在第一液压油缸的伸缩杆端头，通过数据线与第一压力数据采集仪相连；所述的第一垫块固定在第一压力传感器与煤岩体试件之间；所述的第二垫块固定在所述的三轴加载箱内侧底部，且煤岩体试件底面相互抵压；所述的第一压力数据采集仪位于三轴加载箱外侧，用于记录试件竖向压力数据，并将试件竖向压力数据传递至计算机控制系统；

所述的第一水平方向加载系统，包括第二伺服油源、第二液压油缸、第三垫块、第四垫块、第二压力传感器和第二压力数据采集仪，第二伺服油源用于给煤岩体试件施加第一水平方向压力；所述的第二伺服油源用于驱动第二液压油缸；所述的第二液压油缸固定在三轴加载箱内侧的侧壁上；所述的第二压力传感器固定在第二液压油缸伸缩杆的端头，通过数据线与第二压力数据采集仪相连；所述的第三垫块固定在第二压力传感器与煤岩体试件左侧面之间；所述的第四垫块固定在所述的三轴加载箱内侧的侧壁上，且与煤岩体试件右侧面相互抵压，第四垫块内部具有蜂窝状通气孔道，在三轴加载箱内侧的侧壁上与第四垫块相贴的位置设有气体流入孔，所述气体流入孔与气体供应系统相连通，第四垫块一侧与气体流入孔相通，另一侧与煤岩体试件接触，第四垫块既能传递压力，又能允许气体从中穿过；所述的第二压力数据采集仪位于三轴加载箱外侧，用于记录煤岩体试件第一水平方向压力数据，并将第一水平方向压力数据传递至计算机控制系统；