[發明專利]煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置及其實驗方法

有效

• 申請號: 201410178503.8
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103915018A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 潘一山;羅浩;李忠華;趙揚鋒;閻海鵬;唐巨鵬;邱兆云
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G09B23/06
• 分類號: G09B23/06;G09B23/40;G01N33/22
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 崔蘭蒔

1.一種煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于包括煤巖實驗機構、加載系統、加熱系統和左、右電荷監測系統；煤巖實驗機構由煤巖、三軸壓力室、活塞、具有通孔的壓板及左、右壓頭組成，壓板豎向設置在三軸壓力室內，將三軸壓力室分為第一腔體和第二腔體；左、右壓頭分別設置在第一腔體的兩端，活塞設置在第二腔體內，在活塞的內端設置有第一凸起，第一凸起的端面通過壓板的通孔設置在第一腔體內，在活塞的第一凸起的端面上和與其相對的三軸壓力室的端面上均設置有凹槽，所述左壓頭的左端、右壓頭的右端分別設置在凹槽內；所述煤巖設置在左、右壓頭之間，且煤巖的兩端分別與左、右壓頭之間絕緣設置；在所述煤巖和左、右壓頭的外側壁上設置有耐高溫絕緣熱縮管；所述加載系統包括圍壓系統和軸壓系統，圍壓系統由圍壓液壓泵、圍壓閥門及圍壓壓力表組成，圍壓液壓泵與第一腔體通過第一管路相連通，在第一管路上設置有圍壓閥門和圍壓壓力表；軸壓系統由軸壓液壓泵、軸壓閥門及軸壓壓力表組成，軸壓液壓泵與活塞外端面和三軸壓力室之間的第二腔體通過第二管路相連通，在第二管路上設置有軸壓閥門和軸壓壓力表；左、右電荷監測系統均由電荷敏感元件、電荷放大器及數據采集儀組成，左、右電荷敏感元件分別設置在煤巖的左、右兩端，且兩側電荷敏感元件與煤巖、左、右壓頭之間絕緣設置；兩側電荷敏感元件均與該側電荷放大器的輸入端相連接，電荷放大器的輸出端均與數據采集儀的輸入端相連接；加熱系統由加熱帶溫度采集儀及溫度傳感器組成，溫度采集儀的輸入端與溫度傳感器相連接，輸出端與加熱帶相連接，加熱帶設置在三軸壓力室的外側壁上，溫度傳感器設置在第一腔體內。

2.根據權利要求1所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于所述三軸壓力室由筒體、底座及左、右壓帽組成，底座設置在筒體的左端，并通過左壓帽與筒體固定連接，在底座上設置有溫度傳感器接口，所述溫度傳感器與溫度傳感器接口相連接，溫度傳感器接口與溫度采集儀的輸入端相連接；所述壓板設置在筒體的右端，并通過右壓帽與筒體固定連接，底座、筒體及壓板形成第一腔體，壓板及右壓帽形成第二腔體，在所述底座上設置有圍壓通孔，第一管路通過圍壓通孔與第一腔體相連通；在所述右壓帽上設置有軸壓通孔，第二管路通過軸壓通孔與第二腔體相連通；在底座和右壓帽上分別設置有排氣孔、右壓帽通孔。

3.根據權利要求2所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于在所述活塞的外端設置有第二凸起，第二凸起的外端通過右壓帽上的右壓帽通孔設置在右壓帽的外部，在活塞上設置有活塞通孔，活塞通孔的外端與右壓帽的外部相連通。

4.根據權利要求3所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于在所述左、右壓頭與煤巖相鄰的端面上設置有左、右凹槽，兩側電荷敏感元件分別設置在左、右凹槽內，且與左、右凹槽內壁之間絕緣設置，在所述左、右壓頭上分別設置有左、右通孔，左通孔與左凹槽、排氣孔相連通，右通孔與右凹槽、活塞通孔相連通。

5.根據權利要求1所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于所述圍壓液壓泵和軸壓液壓泵中的液體為油體。

6.根據權利要求1所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于所述煤巖的兩端與左、右壓頭之間分別設置有絕緣圈，且絕緣圈的中部通孔與電荷敏感元件相對應。

7.根據權利要求1所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于所述耐高溫絕緣熱縮管的兩端通過壓墊與左、右壓頭固定連接，在所述左、右壓頭上、壓墊的外側設置有密封墊。

8.根據權利要求2所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置，其特征在于所述第一管路為左鋼管線，左鋼管線的內端通過圍壓接口固定在圍壓通孔中，所述第二管路為右鋼管線，右鋼管線的內端通過軸壓接口固定在軸壓通孔中。

9.采用權利要求1所述的煤巖三軸加載慢熱釋電檢測實驗裝置的實驗方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、測試背景信號；

在左、右電荷監測系統的數據采集儀上設定采樣頻率，對數據采集儀進行清零操作，并通過電荷監測系統測得電荷信號的波動情況，直至電荷信號穩定；

步驟二、開始實驗；

選擇恒定溫度條件下煤巖壓縮破裂電荷檢測實驗、恒定載荷下煤巖慢熱釋電檢測實驗中的其中一個進行實驗；

所述恒定溫度條件下煤巖壓縮破裂電荷檢測實驗的過程如下：首先通過加熱系統使煤巖溫度升高至預定溫度，保持煤巖溫度不變，通過圍壓系統對煤巖施加預定圍壓載荷，待溫度采集儀的溫度示數穩定后，在軸壓液壓泵上設置預定軸壓載荷，開啟電荷監測系統，同時通過軸壓系統對煤巖施加軸壓載荷，直至達到預定軸壓載荷，繪制此時的煤巖電荷信號-時間-軸向應力曲線，得出恒定溫度條件下煤巖電荷信號與煤巖應力之間的關系；

所述恒定載荷下煤巖慢熱釋電檢測實驗的過程如下：首先對煤巖施加預定軸壓載荷，通過圍壓系統對煤巖施加預定圍壓載荷，待圍壓壓力表的示數穩定后，開啟電荷監測系統和加熱系統，在溫度采集儀上設置預定溫度值，同時對煤巖進行升溫處理，直至煤巖溫度達到預定溫度值，繪制此時的煤巖電荷信號-時間-溫度曲線，得到恒定載荷下煤巖電荷信號與煤巖溫度之間的關系；

步驟三、觀察并記錄煤巖破壞形式；

關閉電荷監測系統和加熱系統，觀察并記錄煤巖破壞形式。