[實(shí)用新型]一種含瓦斯煤巖力學(xué)特性模擬實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721345472.6
• 申請(qǐng)日: 2017-10-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207232158U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘紅宇;葛迪;蔣興科;周敖;陳佳偉;范亞飛;趙云紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N33/22
• 分類號(hào): G01N33/22;G01N1/28
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司31253
• 代理人: 馮子玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于煤巖力學(xué)特性測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含瓦斯煤巖力學(xué)特性模擬實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

近些年來(lái)，隨著煤層開(kāi)采深度的增加，含瓦斯煤體動(dòng)力災(zāi)害也越來(lái)愈多，為了適應(yīng)高地應(yīng)力、高瓦斯環(huán)境下支護(hù)要求和防治瓦斯災(zāi)害而必須加強(qiáng)的礦井支護(hù)技術(shù)和瓦斯防治技術(shù)，井下的留設(shè)煤柱的數(shù)量就必須相應(yīng)增加，而留設(shè)煤柱又多處于單向受載情況下(可認(rèn)為處于單軸壓縮狀態(tài)下)，故研究單軸壓縮情況下含瓦斯煤樣的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)于維護(hù)井下煤柱有效性、地下采掘空間的安全及瓦斯災(zāi)害的防治均具有重要實(shí)際意義。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外關(guān)于煤體變形特性的試驗(yàn)研究較多，但多集中在不含瓦斯煤巖體的單軸、三軸壓縮狀態(tài)下的變形特性及含瓦斯煤巖體三軸壓縮狀態(tài)下的變形特性方面的研究，而對(duì)含瓦斯煤巖的單軸壓縮力學(xué)特性試驗(yàn)研究較少，并且由于已有的試驗(yàn)研究大多是利用常規(guī)試件和裝置對(duì)含瓦斯煤的應(yīng)力–應(yīng)變、滲流特性進(jìn)行研究，并取得了許多成果，但還有許多不能從宏觀角度解釋的現(xiàn)象。因此，在試驗(yàn)裝置中加上了聲發(fā)射儀器和VIC-3D測(cè)量?jī)x觀測(cè)含瓦斯煤樣在單軸壓縮下的一些宏觀變化和細(xì)觀變化，并且基于細(xì)觀力學(xué)理論和方法，從煤巖細(xì)觀裂紋在瓦斯壓力和載荷作用下的各種變化著手，研究細(xì)觀尺度下煤巖微裂紋的變化規(guī)律，并與煤體宏觀的變形破壞研究相結(jié)合，將為煤與瓦斯突出的有關(guān)問(wèn)題給予更合理的解釋，對(duì)進(jìn)一步揭示煤與瓦斯突出機(jī)制及提出更加科學(xué)有效的防治技術(shù)具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。因此，需要一種裝置模擬井下留設(shè)煤柱處于單向受載的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)單軸壓縮下含瓦斯煤巖力學(xué)特性試驗(yàn)。

為了解決以上問(wèn)題，張茹、劉保縣、李回貴等都研究的是煤巖在單軸壓縮下的一些力學(xué)特性，并且結(jié)合聲發(fā)射儀器研究煤巖的宏觀破裂結(jié)構(gòu)特征和破裂過(guò)程中的聲發(fā)射特性。但這都是在無(wú)瓦斯環(huán)境下進(jìn)行的單軸壓縮試驗(yàn)，與實(shí)際的煤礦開(kāi)采中的留設(shè)煤柱受的單向受載情況還有很大的差異。由于含瓦斯煤巖的單軸壓縮試驗(yàn)要求煤樣內(nèi)必須確實(shí)存在瓦斯，且單軸壓縮情況下煤樣內(nèi)保存瓦斯難度較大，因而其實(shí)現(xiàn)存在較大難度。剛開(kāi)始時(shí)趙洪寶為了實(shí)現(xiàn)單軸壓縮狀態(tài)下的含瓦斯煤巖力學(xué)性質(zhì)研究,又要保證煤樣試件內(nèi)確實(shí)含有瓦斯,事先對(duì)煤樣試件周圍均勻抹硅橡膠保護(hù)層,僅保留上下兩個(gè)端面,又在煤樣側(cè)壁緊密包裹熱縮管,之后將煤樣試件在設(shè)定的瓦斯壓力情況下吸附48h,并且在不同的瓦斯壓力下于MTS 815進(jìn)行單軸壓縮狀態(tài)下含瓦斯煤巖力學(xué)特性研究；試驗(yàn)時(shí)讓試驗(yàn)機(jī)上下壓頭和煤樣側(cè)壁的硅橡膠層、熱縮管形成了一個(gè)封閉的空間,由于試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間較短,他就認(rèn)為該裝置符合含瓦斯煤力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)要求。接著曹樹(shù)剛等從細(xì)觀力學(xué)的角度出發(fā)研究含瓦斯煤巖變形破壞規(guī)律，研制一種煤巖固氣耦合細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)裝置，并對(duì)裝置密封、透明視鏡等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行深入分析；該試驗(yàn)裝置主要由加載系統(tǒng)、充瓦斯系統(tǒng)、細(xì)觀觀測(cè)系統(tǒng)和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)系統(tǒng)4個(gè)部分組成，也可以提供單軸受力狀態(tài)下含瓦斯煤巖的力學(xué)特性試驗(yàn)。還有鈕月、李忠輝等人搭建了含瓦斯煤?jiǎn)屋S壓縮信息采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用含瓦斯煤?jiǎn)屋S壓縮信息采集系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包括應(yīng)力加載系統(tǒng)，聲發(fā)射數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、密封缸體、瓦斯及氮?dú)庵胤畔到y(tǒng)，因而他的這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可用于測(cè)試含瓦斯煤?jiǎn)屋S受載破壞過(guò)程中力學(xué)及聲發(fā)射特性參數(shù)的變化。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種含瓦斯煤巖力學(xué)特性模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便，功能完備，能夠真實(shí)的反映井下留設(shè)的煤柱處于單向受載情況，實(shí)用性強(qiáng)，便于推廣使用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種一種含瓦斯煤巖力學(xué)特性模擬實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于：包括煤樣容器、應(yīng)力加載系統(tǒng)、充瓦斯系統(tǒng)、瓦斯檢測(cè)儀、VIC-3D非接觸全場(chǎng)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)和聲發(fā)射系統(tǒng)；

所述煤樣容器包括煤樣容器殼體和設(shè)置在煤樣容器殼體內(nèi)的煤樣放置腔，所述煤樣容器殼體的頂部密封連接有活塞，所述煤樣容器殼體的一側(cè)設(shè)置有第一多用氣孔，所述煤樣容器殼體的另一側(cè)設(shè)置有第二多用氣孔和透明視鏡，所述第一多用氣孔上設(shè)置有第一密封接頭，所述第二多用氣孔上設(shè)置有第二密封接頭；

所述應(yīng)力加載系統(tǒng)包括電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)和與電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)的應(yīng)力加載探頭相接的第一計(jì)算機(jī)；

所述充瓦斯系統(tǒng)包括通過(guò)第一連接管與第一密封接頭連接的三通閥，以及與三通閥連接的抽真空管和充瓦斯管，所述抽真空管未與三通閥連接的一端端部連接有真空泵，所述抽真空管上設(shè)置有真空壓力表和抽真空控制閥，所述充瓦斯管未與三通閥連接的一端端部連接有瓦斯氣瓶，所述充瓦斯管上設(shè)置有減壓閥、瓦斯氣體壓力表和充瓦斯控制閥；

所述瓦斯檢測(cè)儀通過(guò)第二連接管連接在第二密封接頭上；