[發(fā)明專利]一種煤巖固氣耦合細(xì)觀力學(xué)加載裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810070167.X
• 申請(qǐng)日: 2008-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN101354356A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹樹剛;劉延保;張立強(qiáng);李勇;王維忠;王軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/84
• 分類號(hào): G01N21/84;G01N29/14;G01N3/00
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務(wù)所
• 代理人: 郭云;方洪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種含瓦斯煤巖的細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)裝置，尤其涉及煤巖固氣耦合細(xì)觀力學(xué)加載裝置，適用于不同瓦斯壓力作用下煤巖失穩(wěn)破壞變形全過程的細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)煤炭采掘深度和強(qiáng)度的不斷加大，礦井煤巖動(dòng)力災(zāi)害愈發(fā)嚴(yán)重，對(duì)我國(guó)國(guó)民生產(chǎn)帶來了極大的負(fù)面影響，其中尤以煤與瓦斯突出最為嚴(yán)重。研究煤與瓦斯共同作用機(jī)理，煤與瓦斯在資源開采中的動(dòng)態(tài)作用過程，對(duì)我國(guó)及世界煤炭工業(yè)的發(fā)展，防治礦井煤與瓦斯突出災(zāi)害，具有重要的技術(shù)支撐作用。當(dāng)前，在煤與瓦斯突出機(jī)理的研究中，復(fù)雜條件下煤體物理力學(xué)特性是揭示煤與瓦斯突出過程中煤與瓦斯相互作用機(jī)理的重要途徑，已有的宏觀試驗(yàn)研究還有許多不能解釋的現(xiàn)象。從細(xì)觀力學(xué)研究的角度出發(fā)，結(jié)合煤體宏觀的變形破壞特征，掌握含瓦斯煤體細(xì)觀變形破壞的規(guī)律，可以為煤與瓦斯突出的有關(guān)問題給予更科學(xué)的解釋，對(duì)進(jìn)一步揭示煤與瓦斯突出機(jī)理及提出更加科學(xué)合理的防治技術(shù)具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

目前，許多學(xué)者已經(jīng)開始從細(xì)觀角度研究瓦斯作用下煤巖的變形及破壞過程。劉寶琛等利用剛性加載系統(tǒng)和掃描電鏡對(duì)大同礦區(qū)硬煤進(jìn)行了力學(xué)試驗(yàn)及靜態(tài)顯微觀測(cè)，由于掃描電鏡對(duì)試驗(yàn)環(huán)境真空度要求較高，該類試驗(yàn)未涉及煤與瓦斯突出有關(guān)的固氣耦合環(huán)境；葛修潤(rùn)等利用自行設(shè)計(jì)與研制的與CT機(jī)配套的專用加載設(shè)備，進(jìn)行了三軸和單軸荷載作用下煤巖破壞過程的細(xì)觀損傷演化規(guī)律的即時(shí)動(dòng)態(tài)CT試驗(yàn)，但是此設(shè)備仍然無法實(shí)現(xiàn)瓦斯壓力下的試驗(yàn)；馮夏庭等發(fā)明了可進(jìn)行應(yīng)力—水流—化學(xué)腐蝕三場(chǎng)耦合和不同圍壓下巖石破裂細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)，并對(duì)試樣的裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行顯微放大和CCD觀測(cè)(申請(qǐng)?zhí)枺?00410061234.3)，它的不足是不能進(jìn)行瓦斯壓力作用下的煤樣試驗(yàn)；何學(xué)秋教授等曾對(duì)含瓦斯煤變形及破壞過程的顯微觀測(cè)進(jìn)行了研究，并實(shí)現(xiàn)了顯微觀測(cè)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)相結(jié)合，但其煤樣試件受力狀態(tài)單一，觀測(cè)范圍僅是試件一側(cè)面積很小的局部，缺少試件破壞的聲發(fā)射參數(shù)觀測(cè)，測(cè)試結(jié)果的全面性、可對(duì)比性差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種煤巖固氣耦合細(xì)觀力學(xué)加載裝置，能進(jìn)行單軸和平面應(yīng)變加載條件下固氣耦合試驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)和聲發(fā)射信號(hào)的采集。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種煤巖固氣耦合細(xì)觀力學(xué)加載裝置，在試驗(yàn)體上開設(shè)有測(cè)試腔、測(cè)量孔和多用氣孔，其中測(cè)試腔的敞口處通過壓蓋固定有透明視鏡，在所述測(cè)量孔內(nèi)穿設(shè)測(cè)量導(dǎo)線，該測(cè)量導(dǎo)線的內(nèi)端位于測(cè)試腔中，測(cè)量導(dǎo)線的外端從試驗(yàn)體的側(cè)面引出，所述多用氣孔的內(nèi)端口位于測(cè)試腔的內(nèi)壁，多用氣孔的外端口在試驗(yàn)體的側(cè)面，且外端口處連接有氣管；在所述測(cè)試腔內(nèi)設(shè)置有墊塊、限位壓頭和加載頭，其中墊塊的上部開設(shè)有“L”形缺口，該“L”形缺口的縱向面正對(duì)限位壓頭，限位壓頭固定于限位桿的內(nèi)端，限位桿的外端伸出試驗(yàn)體外，并由鎖緊機(jī)構(gòu)限位，所述“L”形缺口的橫向面正對(duì)加載頭，該加載頭固定于加載桿的下端，所述加載桿的上端向上伸出試驗(yàn)體外。

本發(fā)明中，測(cè)試腔是試驗(yàn)進(jìn)行的場(chǎng)所，用于放置測(cè)試件；測(cè)試腔內(nèi)有墊塊和限位壓頭，可限制測(cè)試件側(cè)向位移，提供平面應(yīng)變加載狀態(tài)。透明視鏡主要提供測(cè)試腔內(nèi)的固氣耦合環(huán)境和創(chuàng)造試件破壞的顯微觀測(cè)條件。測(cè)量導(dǎo)線與試驗(yàn)體外的測(cè)量?jī)x器連接，以傳遞聲發(fā)射、應(yīng)變、應(yīng)力等測(cè)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試件破壞過程的全面測(cè)量。多用氣孔引出的氣管分成兩路，一路與抽真空設(shè)備連接，另一路與外界高壓供氣設(shè)備連接，以便在壓力試驗(yàn)前按要求對(duì)測(cè)試腔進(jìn)行抽真空和充瓦斯操作。

本發(fā)明用于試驗(yàn)時(shí)，先將壓蓋和透明視鏡拆下，將測(cè)量導(dǎo)線的內(nèi)端探頭貼靠在煤巖測(cè)試件表面，然后把煤巖測(cè)試件放置于墊塊“L”形缺口的橫向面上，調(diào)節(jié)鎖緊機(jī)構(gòu)，使限位桿向內(nèi)伸，限位壓頭頂靠在測(cè)試件的側(cè)面，并施加一定的壓力，測(cè)試件被夾緊在限位壓頭與墊塊“L”形缺口的縱向面之間，再將透明視鏡還原，密封，緊固。接著將本裝置整體放置在剛性試驗(yàn)機(jī)上，開啟抽真空設(shè)備，通過氣管及多用氣孔對(duì)測(cè)試腔內(nèi)進(jìn)行抽真空，達(dá)到一定真空度后，關(guān)閉抽真空設(shè)備；開啟高壓供氣設(shè)備，通過氣管及多用氣孔對(duì)測(cè)試腔內(nèi)進(jìn)行充瓦斯，達(dá)到一定壓力后，使壓力穩(wěn)定并保持一定時(shí)間，使測(cè)試腔內(nèi)測(cè)試件對(duì)瓦斯進(jìn)行充分吸附。開啟試驗(yàn)機(jī)和測(cè)量?jī)x器，試驗(yàn)機(jī)通過加載桿和加載頭將壓力傳遞到測(cè)試件上，進(jìn)行瓦斯壓力作用下的固氣耦合力學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)體透明視鏡外側(cè)便可進(jìn)行實(shí)時(shí)顯微觀測(cè)，測(cè)量?jī)x器通過測(cè)量導(dǎo)線采集聲發(fā)射、應(yīng)變、應(yīng)力等測(cè)量信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試件破壞過程的全面測(cè)量。