[實用新型]一種煤巖循環摩擦-瓦斯滲流耦合試驗裝置

有效

• 申請號: 202020174203.3
• 申請日: 2020-02-15
• 公開（公告）號: CN211978561U
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 周愛桃;胡嘉英;劉賽菲;章嘯海;施展;武俊超
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/04;G01N15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種煤巖循環摩擦?瓦斯滲流耦合試驗裝置，結合采礦及巖石力學相關的現場實際情況，通過帶有凹槽夾持墊塊與嵌套軸向加載油缸的設計，著重解決了裝置密封困難的問題，使得煤巖循環摩擦與滲流問題的耦合分析得以實現。該裝置包括煤巖循環摩擦系統、注氣及加壓系統以及數據實時采集系統，可實現煤巖體的循環摩擦滑移與瓦斯滲流同時進行，并利用數據實時采集系統對煤巖體循環摩擦滑移狀態及瓦斯運移特征進行數據監測、采集，從而可以實現煤巖循環滑移?瓦斯滲流耦合特征的真實模擬，有效地模擬斷層構造或貫通裂隙的含瓦斯煤巖循環摩擦滑移現象，對研究滑移失穩誘發煤與瓦斯突出機理及瓦斯災害防治有著重要意義。

技術領域

本實用新型涉及采礦及巖石力學領域，具體涉及一種煤巖循環摩擦-瓦斯滲流耦合試驗裝置。

背景技術

在礦山開采過程中，由于斷層或貫通裂隙等結構面的存在，在開采擾動下煤巖體常常會沿著這些結構面發生摩擦滑移現象，特別是在復雜的開采擾動條件下，這些結構面通常處于一種循環加載狀態，循環剪切荷載作用下的煤巖體發生更為復雜的循環摩擦滑移行為，顯著改變煤巖的力學性質并影響著煤巖結構體的穩定性。

瓦斯滲流一直是在煤炭資源科學開采過程中的重要問題，煤內部的瓦斯滲流特征是研究瓦斯動力災害及瓦斯抽采等相關領域的基礎內容。尤其是對于煤斷層或者貫通裂隙這些弱力學性質的結構面，其在循環剪切載荷作用下的摩擦滑移行為(如斷層活化滑移誘發突出)成為誘發煤巖動力災害的主要因素，而在循環摩擦滑移過程中伴隨著的瓦斯滲流使這一問題更為復雜。因此煤巖體循環摩擦滑移-瓦斯滲流耦合作用機制的研究具有重要意義。

在巖石力學相關研究中，巖石結構面或裂隙的摩擦現象又被稱為節理剪切；目前已有部分學者采用煤巖體結構面開展循環節理剪切試驗，但由于密封的困難，其并沒有考慮氣(流)體的作用；已有的“滲流-節理剪切”試驗裝置又僅能進行單一路徑的剪切滑移，無法描述循環剪切滑移下煤巖樣接觸面破壞對摩擦滑移特征及滲流特性的作用。

綜上所述，煤巖體的“循環摩擦-瓦斯滲流”耦合機制下的煤體摩擦滑移特征及滲透率演化的研究十分必要，但目前尚缺乏可有效描述煤巖“循環摩擦-瓦斯滲流”耦合特征的試驗裝置。因此，有必要克服現有的技術缺陷，設計一種可以描述煤巖體循環摩擦-瓦斯滲流耦合作用規律的試驗裝置。

實用新型內容

本實用新型的目的是克服現有技術中的不足，提供一種煤巖循環摩擦-瓦斯滲流耦合試驗裝置。

為了達成上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種煤巖循環摩擦-瓦斯滲流耦合試驗裝置，包括煤巖循環摩擦系統、注氣及加壓系統以及數據實時采集系統，所述煤巖循環摩擦系統包括裝置外殼體、第一軸向加載油缸、第二軸向加載油缸、密封橡膠膜、圍壓腔室、試驗腔室、夾持墊塊；所述的第一軸向加載油缸和第二軸向加載油缸都各有兩個獨立控制的油缸且分別位于裝置兩側，其中第二軸向加載油缸嵌套在第一軸向加載油缸的內部；所述的試驗腔室位于裝置的正中央，所述的夾持墊塊位于軸向加載油缸內側端和試驗腔室之間；所述的密封橡膠膜包裹著部分夾持墊塊與試驗腔室，并且密封橡膠膜與外殼體之間的空間為圍壓腔室；所述的注氣及加壓系統包括1個注氣管路、1個圍壓加載油路和4個軸向加載油路；其中注氣管路內部連通試驗腔室，外接氣泵；圍壓加載油路內部連通圍壓腔室，外接圍壓泵；軸向加載油路則包括第一軸向加載油路和第二軸向加載油路各2路；所述數據實時采集系統包括應力傳感器、位移傳感器、流量計和PC等。

所述的第二軸向加載油缸嵌套在第一軸向加載油缸內部，而第一軸向加載油缸靠近外側一端為細長中空圓柱，靠試驗腔室一端為側“凹”型結構，并且第一軸向加載油缸側“凹”型結構內底端與內部的第二軸向加載油缸內端部之間留有滑槽空間；第一軸向加載油缸外部與外殼體之間也設有滑槽空間，前述2個滑槽最大空間距離都相等。

第一、第二軸向加載油缸組合體結構類似于二級伸縮式油缸，但各個油缸均采用單獨控制的方式；上述中所設有的滑槽可使得裝置兩側的各軸向加載油缸單獨進行往復運動，以實現循環摩擦的效果，此外試驗裝置初始狀態時的滑槽空間距離即最大距離。