[發明專利]一種重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010151072.1
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111307598B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 齊消寒;姜佳麗;王曉琪;張城;夏鑫;王心宇;李帥;李紫維;游筱楠;孫奧;王杰;劉濤
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 北京華夏正合知識產權代理事務所(普通合伙) 11017
• 代理人: 陳曉寧;張麗萍

1.一種重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置，其特征在于：包括：

三軸壓力室，放置在基座的承壓底座上，其內部放置有煤巖試件，用于對煤巖試件施加圍壓；

封閉水箱重力加載系統，位于所述三軸壓力室的上方，用于通過水的質量來調節試驗要求所需要的整體重物質量，調節施加在煤巖試件上的力的大小；

擴力裝置，位于所述三軸壓力室的上方并與所述封閉水箱重力加載系統連接，用于將所述封閉水箱重力加載系統施加的力進行擴大并對所述三軸壓力室內的煤巖試件進行軸向加載；

所述擴力裝置包括滑輪組擴力裝置和杠桿組擴力裝置，所述滑輪組擴力裝置包括固定在水平承壓梁上的定滑輪、通過鋼繩與所述定滑輪連接的多個動滑輪，所述動滑輪在各自的軌道槽內進行上下移動，所述鋼繩的一端與所述封閉水箱重力加載系統連接；

所述杠桿組擴力裝置包括第一水平連桿、與所述第一水平連桿鉸接的豎直連桿、與所述豎直連桿鉸接的第二水平連桿；

所述第一水平連桿的右端與所述鋼繩的另一端連接，第一水平連桿的左端通過第一轉軸轉動連接在第一豎直支撐架上；所述第二水平連桿的左端與所述豎直連桿鉸接，第二水平連桿的右端通過第二轉軸轉動連接在第二豎直支撐架上，所述第二水平連桿上安裝有向所述三軸壓力室內的煤巖試件施力的施力塊；

所述第一豎直支撐架和第二豎直支撐架固定在所述基座上，并分別位于所述三軸壓力室的左側和右側。

2.如權利要求1所述的重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置，其特征在于，所述封閉水箱重力加載系統包括密封水箱、對所述密封水箱進行供水和排水的供水箱，所述密封水箱內設有磁浮球液位計，所述供水箱內設有潛水泵，供水箱外設有與所述磁浮球液位計和潛水泵連接的供排水控制器；

所述磁浮球液位計包括磁浮球、檢測管和信號變送器，所述磁浮球隨密封水箱內的液位升降時，信號變送器將檢測管內的電阻信號轉換成標準電流號輸出，通過液位反饋信號線將液位信息反饋給所述供排水控制器，所述供排水控制器連接計算機，并計算是否達到預定水位。

3.如權利要求1所述的重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置，其特征在于，所述三軸壓力室包括壓力室基座、與所述壓力室基座密封連接的承壓筒，所述煤巖試件位于所述承壓筒內，煤巖試件的上方和下方分別設有上加載壓頭和下加載壓頭，所述上加載壓頭豎直穿過所述承壓筒并對煤巖試件的頂面進行加壓，所述下加載壓頭固定在所述壓力室基座上。

4.如權利要求3所述的重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置，其特征在于，所述上加載壓頭和下加載壓頭均為圓柱體，且所述上加載壓頭的周面于所述承壓筒內連接有穩定盤，所述穩定盤上螺紋連接有多個豎直設置的穩定桿，用于引導上加載壓頭在豎直方向運動。

5.如權利要求1所述的重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置，其特征在于，所述煤巖試件的圓周面上均勻涂抹一層硅膠并用熱縮管進行包裹，當熱縮管箍緊煤巖試件后，用雙鋼絲喉箍卡扣扣緊熱縮管。

6.如權利要求1所述的重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置，其特征在于，所述三軸壓力室旁設有CT掃描儀，用于觀測煤巖長期蠕變過程內部裂紋演化擴展規律。

7.一種采用如權利要求2至6任一項所述的重力擴力恒壓加載煤巖蠕變試驗裝置的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S10：將煤巖試件浸入到液壓油中，在試件的圓周面上均勻涂抹一層硅膠；

S20：將三軸壓力室的壓力室基座放置在裝置的基座上，基座的承壓底座上設置有與壓力室基座的凹槽契合的凸起定位圓盤；

S30：在壓力室基座的上部中心位置安裝豎直方向的下加載壓頭，將下加載壓頭安裝固定，之后將煤巖試件安裝到下加載壓頭上，對正中心；

S40：將豎直的上加載壓頭放置在煤巖試件上，套上熱縮管，使上加載壓頭緊緊壓住試件，用熱風機均勻吹熱縮管，使其緊縮，箍緊試件，用雙鋼絲喉箍卡扣扣緊熱縮管；

S50：在壓力室基座上分別安裝穩定桿和穩定盤；

S60：將三軸壓力室腔體內部預設的傳感器安裝好，導線通過預留接線口連接外部儀器設備；

S70：利用吊裝設備，將承壓筒的上法蘭盤的法蘭孔與壓力室基座的下法蘭盤的法蘭孔對準安放，擰緊螺栓；

S80：檢查試驗三軸壓力室的氣密性，打開三通閥門，用真空泵進行脫氣，以保證良好的脫氣效果，脫氣后，關閉三通閥門；

S90：試件安裝后，通過供水箱向密封水箱內加水，達到所需要的軸向壓力后，停止加水，通過擴力裝置擴力達到要求后傳遞到上加載壓頭上；

S100：通過微機電液伺服加載徑向力，通過油壓傳感器反饋信息，達到預定圍壓后，封閉油壓管路，保持徑向壓力恒定，記錄試驗蠕變變形量；

S110：實驗過程中通過機械加壓恒壓蠕變實驗裝置記錄煤巖軸向應力及應變；

S120：加載完成并測量上述數據后，可對滑輪組擴力裝置進行適量卸載，研究不同壓力作用下煤巖恒壓蠕變試驗；同時可將杠桿組擴力裝置繼續加入杠桿，對煤巖加壓恒壓流變試驗進行觀測；通過CT掃描對煤巖長期蠕變過程內部演變規律進行研究。