[發明專利]高孔隙壓力和應力波復合作用下巖石破壞的試驗裝置及試驗方法

在審

• 申請號: 201910338311.1
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110095346A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 郭子奇;牛少卿;楊雙鎖;李玉選;楊歡歡
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N29/04
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種高孔隙壓力和應力波復合作用下巖石破壞的試驗裝置及試驗方法，所述試驗裝置由式樣加載裝置，高壓氣體發生裝置和應力波發生裝置組成。所述試樣加載裝置由底座、圓柱體高壓倉、脆性封閉薄膜、氣壓動態傳感器及應力波傳感器等組成；所述高壓氣體發生裝置由高壓密封裝置、控制閥及壓力表組成，并通過進氣管與圓柱體高壓倉預留的進氣口相連；所述應力波發生裝置放置于巖石試樣底部進行應力波的發射。試驗裝置結構簡單，設計合理，裝配容易；通過設置脆性封閉薄片，達到自動打開突出口的目的，從而消除了手動打開突出口的速度對巖石破裂的影響；同時考慮了由于地震、施工荷載、爆破等活動產生的應力波影響。

技術領域

本發明涉及巖石力學實驗領域，具體為一種高孔隙壓力和應力波復合作用下巖石破壞的試驗裝置及試驗方法。

背景技術

在我國深部地下能源和資源開發利用領域中，開采深度越來越大。而在深部地下環境中，巖石中往往含有高壓氣體，在受地震、施工荷載、爆破等活動產生的應力波影響時，可能會導致巖石的爆裂。如煤層（煤屬于巖石的一種，下文統稱為巖石，不在贅述）中含有高壓瓦斯時，就有可能造成煤與瓦斯突出，災害爆發的巨大能量能夠摧毀設備，造成經濟損失，也會導致人員的傷亡。

雖然國內外對于高壓氣體造成巖石破裂的機理進行了大量的探索與試驗，但由于影響因素眾多，發生機理復雜。目前的研究對于相關認識仍然停留在定性分析和半定量化描述的階段，對發生機理的認識尚不清晰和明確，這導致了在深部地下工程中要投入大量的人力、物力及財力用來防治相關災害，制約了經濟效益。因此，探究高壓氣體造成巖石破裂發生機理對于災害防治，提高產能和經濟效益具有重要的意義。

目前，國內外所用的方法一般是向含有巖石的密閉容器內充入高壓氣體，待巖石吸附平衡后，突然打開容器的突出口，以此來模擬相關情況的發生。但是，現有的研究所用的模擬裝置需要手動打開，而手動打開突出口的速度會影響到巖石破裂的時間及能量變化規律；此外，現有的研究尚未考慮到應力波的影響。

發明內容

本發明旨在克服現有技術的缺點，提供一種高孔隙壓力和應力波復合作用下對巖石破壞的試驗裝置與方法，以探究相關現象的發生與機理演化規律。

本發明是通過以下技術方案來實現上述目的：

一種高孔隙壓力和應力波復合作用下巖石破壞的試驗裝置, 包括式樣加載裝置、高壓氣體發生裝置和應力波發生裝置；所述試樣加載裝置包括底座，所述底座上方安裝高壓倉，該高壓倉上方設有可拆卸的帶有突出口的蓋子，所述蓋子在突出口密封有脆性封閉薄膜，所述高壓倉上安裝有氣壓動態傳感器和應力波傳感器，所述氣壓動態傳感器和應力波傳感器與數據記錄儀相連接，所述數據記錄儀與計算機通過數據線相連接；

所述高壓氣體發生裝置包括高壓密封罐體，所述高壓密封罐體上方設置有控制閥和壓力表，所述高壓氣體裝置通過進氣管與高壓倉預留的進氣口相連接；

所述應力波發生裝置包括應力波控制器和應力波發射器，應力波控制器上的發射器安裝在高壓倉上進行應力波的發射。

上述的一種高孔隙壓力和應力波復合作用下巖石破壞的試驗裝置，所述高壓倉與上方蓋子通過螺紋連接。

上述的高孔隙壓力和應力波復合作用下巖石破壞的試驗裝置的試驗方法，包括如下步驟：

（1）將巖石試件放入高壓倉內；

（2）安裝好氣壓動態傳感器；

（3）安裝好脆性封閉薄片，并檢查其密閉性；

（4）將應力波控制器、發射器與應力波傳感器安裝好；

（5）從進氣管注入氣體，使得高壓倉達到恒定高壓狀態，并在高壓狀態中持續一定的時段后開啟應力波控制器，發射的應力波觸發脆性封閉薄膜打開，氣體卸壓，于是，試件在應力波和氣體卸壓的共同作用下破壞，記錄試驗過程中的氣壓動態傳感器和應力波傳感器數據。