[發明專利]THMC耦合煤巖體三軸流變試驗多參數測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202011255385.8
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112268813B
• 公開（公告）日: 2022-12-30
• 發明（設計）人: 王開;岳少飛;張小強;閆建兵
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18;G01N3/10;G01N3/02
• 代理公司: 北京惠科金知識產權代理有限公司 11981
• 代理人: 袁曉哲

本發明屬于巖石力學與工程技術領域范疇，具體為THMC耦合煤巖體三軸流變試驗多參數測量裝置及方法；該裝置軸向加載采用伺服加載控制，溫度采用恒溫水浴控制，圍壓采用圍壓跟蹤泵控制，對試件施加孔隙水壓；采用多個均勻分布的位移傳感器，通過測量試件圓周多個點的徑向變形間接測量試件徑向應變；本發明能解決以水為圍壓介質的三軸流變試驗試樣徑向變形無法測量的問題，能進行不同溫度、圍壓、加載速率條件下的煤巖體的單軸及三軸試驗，實現不同等級的動靜組合加載，且準確測量試驗過程中的試樣變形破壞情況及損傷破壞情況，具有測控系統穩定、測量精度高、穩壓效果好等特點。

技術領域

本發明屬于巖石力學與工程技術領域，具體為一種THMC耦合作用下煤巖體三軸流變試驗及多參數測量裝置及方法。

背景技術

隨著殘煤復采技術的逐步推廣和應用，上世紀采用舊式開采體系遺留的煤炭資源逐步被開采利用，該部分煤炭資源大都以煤柱的形式賦存，稱為殘采煤柱。殘采煤柱長期處在采空水、地壓、地溫等的復雜環境中，呈現明顯的流變特性，殘采煤柱出現不同程度的變形和損傷破壞，在復采巷道掘進動壓及工作面回采動壓的擾動下，殘采煤柱的變形及損傷破壞明顯增加，其力學特性及穩定性發生明顯的變化。研究殘采煤柱在THMC耦合作用下的力學特征及穩定性對研究復采采場頂板穩定及煤柱失穩機理有極為重要的作用。

眾所周知，煤巖體流變試驗的主要特點是試驗持續時間長，因而對試驗裝置的加載及測量系統穩定性要求高，且流變實驗對環境尤其是溫度極其敏感，必須保證試驗過程中溫度的恒定。研究煤巖體在三軸狀態下的流變特性，最重要的是獲取煤巖體在不同加載條件下的軸向及徑向變形，進而建立流變的本構模型。

目前國內大多數煤巖體三軸流變試驗機均采用油為圍壓介質，而關于以水為圍壓介質的三軸流變試驗機的研究較少，其主要技術難題就是解決在水環境中煤巖體變形的測量，現有的大多數位移傳感器無法保證孔隙水壓作用下位移引伸計及應變片的穩定性。研究在以水為圍壓介質的條件下測量煤巖體的徑向變形方法及裝置是研究殘采煤柱在采空水、地壓、地溫、采動壓力等多場耦合作用下的三軸流變特性的關鍵。

目前國內關于煤巖體三軸流變試驗裝置的中國發明專利主要有：中國礦業大學發明的“一種多功能高溫高壓三軸煤巖試驗裝置及方法”(CN103884604B)；太原理工大學發明的“一種高溫下單軸壓縮巖石徑向變形測量方法”(CN109946171A)；中國科學院武漢巖土力學研究所發明的“一種并聯型巖石溫度-滲流-應力耦合三軸流變儀”(CN105510144B)；中國礦業大學(北京)發明的“動力擾動低溫巖石三軸加卸載流變儀及試驗方法”(CN107036903B)。已有的相關發明專利的主要有以下特點：現有的煤巖體三軸壓縮試驗機施加圍壓的介質一般為油，煤巖體受壓過程中的軸向及徑向變形一般采用引伸計和應變片進行測量；三軸流變實驗一般采用機械加載或微機伺服控制加載；煤巖體在動載作用下的力學特性及力學響應一般對煤巖體進行SHPB動態沖擊試驗，一般用應變率的大小來評判動態沖擊試驗過程中動載的大小。

在水環境中進行煤巖體的三軸流變試驗時，現有的試驗裝置及技術存在以下缺陷：受水的導電性的影響，煤巖樣的徑向變形測量困難，現有的徑向位移傳感器無法在水中進行測量；應變片需要進行防水處理，且受水壓的影響，應變片本身產生較大的應變對測量結果產生較大的影響；軸向加載不能實現不同應變率的精準控制，無法在試驗過程實現對試件的動態加載，且不能確保長時間的穩壓效果。因此，需要研制新的實驗裝置實現THMC耦合作用下的煤巖體的三軸流變試驗，且能在水環境中測量試樣的徑向變形。

發明內容

本發明克服了現有技術的不足，提出一種THMC耦合作用下煤巖體三軸流變試驗及多參數測量裝置及方法。

為了達到上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的。