[發明專利]多場耦合煤巖沖擊加載實驗裝置及實驗方法

有效

• 申請號: 201310422175.7
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN103454164A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 謝廣祥;殷志強;王磊;胡祖祥
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 王菊珍

1.一種多場耦合狀態沖擊實驗裝置，包括軸向靜壓加載裝置、軸向靜壓加載液壓油泵、軸向靜壓輸油管、圍壓加載液壓油泵、圍壓加載輸油管、徑向圍壓加載裝置、瓦斯氣罐、瓦斯進氣管、瓦斯壓力調節閥、抽氣泵、瓦斯傳感器、瓦斯出氣管、冷熱兩用壓縮機、伺服油泵、冷熱兩用輸油管，其特征是：

在煤巖試樣的兩端的應力波入射桿和透射桿之間設置所述軸向靜壓加載裝置，在軸向靜壓加載裝置中間試樣位置設置所述徑向圍壓加載裝置；

在試樣兩端的入射桿和透射桿中心開設進氣孔和出氣孔，分別與瓦斯進氣管和瓦斯出氣管連接，瓦斯進氣管通過瓦斯壓力調節閥與瓦斯氣罐連接，瓦斯出氣管通過瓦斯傳感器與抽氣泵連接，實現實驗過程試樣處于瓦斯賦存環境；

在圍壓加載裝置內設置冷熱兩用輸油管，通過伺服油泵與冷熱兩用壓縮機相連，實現對試樣實驗過程溫度控制。

2.根據權利要求1所述的實驗裝置，其特征是：所述軸向靜壓加載裝置通過軸向靜壓輸油管與軸向靜壓加載液壓油泵相連，實現對試樣的軸向靜壓加載；所述徑向圍壓加載裝置通過圍壓加載輸油管與圍壓加載液壓油泵相連，實現對試樣的徑向靜態圍壓加載。

3.根據權利要求1所述的實驗裝置，其特征是：還包括數據采集系統，其兩端通過應變片分別與入射桿和透射桿連接，用于采集入射桿和透射桿中的應力波信號。

4.根據權利要求1-3中任意一個所述的實驗裝置，其特征是：還包括熱縮管橡膠套，將所述試樣除兩端頭外四周涂抹硅膠置于熱縮管橡膠套中，保證試樣與圍壓液壓油隔離，試樣兩端頭分別與入射桿和透射桿軸心對齊。

5.根據權利要求1-3中任意一個所述的實驗裝置，其特征是：還包括入射端軸向靜壓加載擋板、連桿、固定螺絲、軸向靜壓加載油倉密封圈、入射桿和透射桿上的固定接頭，其中入射桿和透射桿上的固定接頭成凸字型，入射桿上的突出部位與入射端軸向靜壓加載擋板中心部位的凹槽相連，透射桿上的突出部位與軸向靜壓加載油壓倉相連，形成液壓活塞，在所述的軸向靜壓加載油壓倉與透射桿的接觸處分別由軸向靜壓加載油倉密封圈進行密封，軸向靜壓加載油壓倉與入射端軸向靜壓加載擋板通過兩個連桿連接，在所述的連桿和軸向靜壓加載油壓倉與入射端軸向靜壓加載擋板的連接處分別由固定螺絲進行固定，形成軸向靜壓加載過程的固定框架，通過軸向靜壓輸油管與軸向靜壓加載液壓油泵相連，實現對試樣的軸向靜壓加載。

6.一種試樣多場耦合實驗方法，包括如下步驟：

（1）將試樣除兩端頭外四周涂抹硅膠置于熱縮管橡膠套中，試樣兩端頭分別與入射桿和透射桿軸心對齊，使試樣處于密封狀態，保持與圍壓裝置中的液壓油隔絕；

（2）將透射桿的軸向加載裝置的軸向靜壓加載液壓油泵打開，使試樣施加一定軸向靜壓；

（3）將圍壓加載液壓油泵打開，使試樣施加一定的徑向圍壓；

（4）將打開瓦斯氣罐，調節瓦斯壓力，使試樣入射桿端部施加一定瓦斯壓力，打開抽氣泵，使試樣投射桿端部產生一定負壓，促使瓦斯流動，使試樣處于瓦斯環境；

（5）關閉抽氣泵，使試樣處于一定的瓦斯壓力賦存條件，調節進氣瓦斯壓力調節閥使瓦斯氣壓在恒壓狀態下保持一段預設時間，直至煤巖試樣處于富含瓦斯狀態；

（6）打開冷熱兩用壓縮機，調節輸出溫度，打開伺服泵，使圍壓裝置中的液壓油及試樣處于設定溫度狀態；

（7）移動吸收桿，使其與透射桿緊密軸心對齊；

（8）打開數據采集系統，采集入射桿和投射桿中的應力波信號；

（9）關閉瓦斯壓力調節閥，伺服泵；

（10）發射沖頭，沖頭撞擊入射桿產生應力波，應力波通過入射桿連接端頭傳入煤巖試樣，并通過透射桿連接端頭傳入透射桿并傳入吸收桿；

（11）數據采集系統通過應變片采集到入射桿和透射桿上的應力波信號，將采集到的數據信號進行數據處理，得到該軸向靜載、徑向圍壓靜載、瓦斯壓力、溫度多場耦合狀態下煤巖的動態力學特性曲線。

7.根據權利要求6所述的實驗方法，其特征是：當瓦斯出氣管上的瓦斯傳感器監測到恒定的瓦斯濃度和流量時，關閉抽氣泵。

8.根據權利要求7所述的實驗方法，其特征是：所述數據采集系統為傳統的SHPB設備。

9.根據權利要求6-8中任意一個所述的實驗方法，其特征是：所述軸向靜壓和徑向圍壓都為10MPa。

10.根據權利要求6-8中任意一個所述的試驗方法，其特征是：所述瓦斯壓力為1MPa，所述設定溫度為35攝氏度。