[实用新型]一种煤岩液固耦合原位加载实验装置

说明书

本实用新型提供了一种煤岩液固耦合原位加载实验装置，包括三面连接一体的框架以及带有压头的压杆，所述框架的侧面从上到下依次布置有导线口、进水口以及排水口，所述框架内放置有煤岩试样，所述带有压头的压杆安装于煤岩试样正上方的框架上，所述框架临空的一面安装有钢化透明玻璃用于观测框架内煤岩试样的表面形态。本实用新型通过应力施加单元对煤岩试样施加轴向荷载，同时开启应力、应变采集单元，表面图像采集单元，实时记录液固耦合原位加载条件下，煤岩试样的强度、变形和表面形态演化规律。

技术领域

本实用新型涉及煤岩实验研究技术领域，特别涉及一种煤岩液固耦合原位加载实验装置。

背景技术

煤矿井下承压水下开采，采空区透水、煤柱浸水等液固耦合工程问题十分常见，研究浸水条件下煤岩破坏失稳力学特征，对揭示煤岩-水相互作用力学本质，防控井下水灾具有重要的理论意义。在室内实验研究方面，目前，多针对浸泡一定时长的煤岩，在脱离液体环境后测定其力学性质，针对浸水煤岩原位保真加载的试验研究还鲜有报道。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型旨在提出一种煤岩液固耦合原位加载实验装置，通过设计一种配合压力机使用的实验装置，能够实现浸水状态下，不同破坏阶段煤岩力学特征的实时测定。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种煤岩液固耦合原位加载实验装置，包括三面连接一体的框架以及带有压头的压杆，所述框架的侧面从上到下依次布置有导线口、进水口以及排水口，所述框架内放置有煤岩试样，所述带有压头的压杆安装于煤岩试样正上方的框架上，所述框架临空的一面安装有钢化透明玻璃用于观测框架内煤岩试样的表面形态。

进一步的，所述煤岩试样的四周设有应变片，所述应变片连接导线并通过所述导线口与应力、应变采集单元相连。

进一步的，还包括加载杆以及应力施加单元，所述加载杆与带有压头的压杆驱动相连，所述加载杆与应力、应变采集单元、应力施加单元控制相连。

进一步的，还包括表面图像采集单元，所述表面图像采集单元设置于钢化透明玻璃一侧用于自动记录及观测框架内煤岩试样的表面形态。

进一步的，所述进水口通过水管连接水压施加单元，所述水压施加单元通过进水口向框架内腔冲入设定压力值的纯水。

进一步的，所述排水口处连接有排水管路，所述排水管路上设有不同水压自动控制开启或关闭的水压阀用于水压突增保护。

进一步的，所述钢化透明玻璃通过销钉可拆卸安装于框架临空的一面。

为了实现上述目的，本实用新型还提供了一种煤岩液固耦合原位加载实验方法，包括以下步骤：

S1、制备设定尺寸的长方形煤岩试样若干块；

S2、将煤岩液固耦合原位加载实验装置置于实验机加载台上；

S3、把煤岩试样放置于装置内腔里，在试样表面粘贴应变片，并做好防水导电措施，将应变片与应力、应变采集单元通过导线相连；

S4、通过旋紧销钉固定钢化透明玻璃，密封好装置内腔；

S5、开启水压施加单元，向装置内腔充入设定压力的纯水；

S6、待试样浸水一定时长后，依次开启水压阀和实验机，通过应力施加单元对试样施加轴向荷载，同时开启应力、应变采集单元，表面图像采集单元，实时记录液固耦合原位加载条件下，煤岩试样的强度、变形和表面形态演化规律。

进一步的，还包括步骤S7、煤岩液固耦合原位加载条件下煤岩损伤的表征，运用盒计数法求解不同破坏阶段煤岩分形维数D用于表征煤岩损伤程度；

式中：N为格子数量，δ为格子尺寸。