[發明專利]一種模擬掘進擾動情況下煤巖體三軸加載試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 201910534780.0
• 申請日: 2019-06-20
• 公開（公告）號: CN110346216B
• 公開（公告）日: 2022-01-14
• 發明（設計）人: 馮國瑞;錢瑞鵬;姜海納;宋誠;李振;郭軍;任玉琦;孫強;李松玉;郝晨良;康立勛
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/06;G01N3/02;G01N15/08;G01N1/08
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種模擬掘進擾動情況下煤巖體三軸加載試驗裝置及方法，屬于煤巖體滲流損傷破壞特性研究的技術領域。本發明提供了一種能夠更加真實模擬掘進擾動作用，煤巖體損傷破壞過程可視的三軸加載試驗裝置，同時該裝置能夠實現不同水壓、不同加載方式以及不同擾動作用對煤巖體的破壞及滲流特性的影響的研究。該發明可實現掘進擾動作用下，煤巖體裂隙擴展的全過程監測，及煤巖體中應力變化，滲流壓力變化的實時動態監測，進而定量化研究掘進擾動煤巖體滲流損傷破壞特性，對掘進工作面突水做出科學預判，減少掘進工作面突水災害的發生。

技術領域

本發明涉及一種模擬掘進擾動情況下煤巖體三軸加載試驗裝置及方法，屬于煤巖體受掘進擾動影響下滲流損傷破壞特性研究的技術領域。

背景技術

在煤礦重大事故中，突水已成為煤礦生產過程中最具威脅的災害之一。而突水事故多發生在掘進工作面。目前針對井下突水災害，主要通過超前布設探水鉆孔進行積水疏排和注漿堵水措施，進行井下水害防治。現有防治措施多依據防治水規程制定，對突水機理研究不足，缺少相應的科學預警指標，遇到水文地質極其復雜的采區，防治水工作面臨嚴峻的挑戰。

現有研究手段中，把煤層巷道掘進、巖層斷裂等的動力源擾動簡化為應力波，具有一定的合理性，但與真實的擾動環境仍有較大區別。通過檢索發現，目前還沒有模擬研究掘進擾動下巖體裂隙擴展的試驗裝置。針對現有不足，有必要設計考慮掘進擾動載荷影響的三軸加載試驗裝置，深入研究掘進擾動條件下，圍巖應力、強度、裂隙發育等特征，揭示掘進擾動影響下，在水壓地壓聯合作用下的圍巖裂隙發育，為治理掘進工作面突水災害提供科學指導。

發明內容

本發明旨在提供一種模擬掘進擾動情況下煤巖體三軸加載試驗裝置及方法。本發明結構簡單、操作方便，實現了掘進擾動影響下對煤巖體穩定性的研究；本發明還提供了掘進擾動作用下煤巖體穩定性的試驗方法。

本發明提供了一種模擬掘進擾動情況下煤巖體三軸加載試驗裝置，包括試件加載腔體；試件加載腔體為長方體結構，在試件加載腔體的頂部設有軸向加載裝置，在左側和后側分別設有側向加載裝置，在右側設有側向擾動裝置；側向加載裝置和側向擾動裝置，通過兩側承載柱固定；

軸向加載裝置包括軸向加壓板、軸向加載推桿和軸向加載油缸；軸向加載油缸通過軸向加載活塞與軸向加載推桿連接，軸向加載推桿內設有折形進水管路，進水管路下端與軸向加壓板進水孔緊密對接，軸向加壓板為長方體板，內部設有空腔，該空腔上部與進水孔相連，下部與漏水孔相連；

側向加載裝置包括左側加壓板、左側加載推桿和左側加載油缸、后側加壓板、后側推桿和后側加載油缸；左側加載油缸通過左側加載活塞與左側加載推桿連接，左側加載推桿連接左側加圧板，左側加壓板位于試件加載腔體的內部側壁上；后側加載油缸通過后側加載活塞與后側加載推桿連接，后側加載推桿連接后側加圧板，后側加壓板位于試件加載腔體的內部側壁上；

試件加載腔體的上蓋、左側壁、后側壁的中心位置均設有推桿孔；軸向加載油缸、左側加載油缸、后側加載油缸通過計算機系統進行電液伺服控制，實現加載端位移及壓力的精準控制及相應的數據記錄功能；

側向擾動裝置包括擾動鉆桿和擾動加載電機，在試件加載腔體的右側面中心位置設有腔體擾動鉆頭孔，擾動鉆桿穿過右側腔體擾動鉆頭孔與擾動加載電機相連，加載電機施加鉆動和沖擊兩種擾動載荷，分別模擬實際煤層掘進中綜掘機掘進巷道和爆破掘進兩種掘巷方式對煤層產生的擾動；

所述軸向加載推桿內設有與腔體內部相通的進水口，腔體進水口與軸向加壓板中心進水孔通過銅管相通；腔體底部中心處設有與腔體內部相通的出水口。

上述裝置中，所述試件加載腔體的內部尺寸為：長300mm、寬100mm、高300mm，用于放置加載試塊；試件加載腔體的前側壁采用10mm厚的透明有機玻璃材料，能承受130MPa的壓強，其余方向壁面采用10mm厚的鋼板或金屬板。