[發明專利]一種煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置與使用方法

有效

• 申請號: 202210000066.5
• 申請日: 2022-01-01
• 公開（公告）號: CN114235585B
• 公開（公告）日: 2023-07-18
• 發明（設計）人: 龐義輝;王泓博;杜昭;魏文勝;石瑤玉
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司;中煤科工開采研究院有限公司;中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02
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1.一種煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置，其特征在于，包括實驗主體承載架、側向承載架、第一加載機構、第二垂向加載機構、第三側向加載機構、液壓千斤頂、穩定支撐梁；

所述實驗主體承載架包括密封背板、側向密封板、擋水板、密封底板、承載底板、水溝、收集水倉、第一出水管、第二出水管、支撐腿、第一連接耳板、第二連接耳板、第三連接耳板、第四連接耳板；

所述密封背板與側向密封板、密封底板為固定連接；

所述承載底板與密封底板為固定連接，且承載底板應略低于密封底板，形成一個臺階；

所述承載底板上開設水溝，且水溝應緊鄰擋水板；

所述擋水板主要用于阻止滲出的水流出實驗臺，并能夠通過開設的水溝流入收集水倉；

所述收集水倉用于收集實驗過程中從煤層與巖層組合體材料中滲出的水；

所述第一出水管用于監測水壓變化，并在實驗結束后將水放出；

所述第二出水管用于放出收集水倉內儲存的水；

所述第一連接耳板用于與所述液壓千斤頂的一端連接；

所述第二連接耳板、第三連接耳板、第四連接耳板用于與所述側向承載架連接，組合形成穩定的實驗臺；

所述側向承載架包括承載架支撐側板、承載架導向孔、承載架螺紋孔、承載架第一連接耳板、承載架第二連接耳板、承載架第三連接耳板、承載架第四連接耳板；

所述承載架第一連接耳板與所述第二連接耳板相連；

所述承載架第二連接耳板與所述第四連接耳板相連；

所述承載架第三連接耳板與所述第三連接耳板相連；

所述承載架第四連接耳板與所述穩定支撐梁的一端相連；

由一個所述實驗主體承載架、兩個所述側向承載架、一個所述第一加載機構、一個所述第二垂向加載機構、兩個所述第三側向加載機構、兩個所述液壓千斤頂、一根所述穩定支撐梁組成所述的煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置；

所述第一加載機構的兩端分別與兩個所述液壓千斤頂的一端進行連接，所述液壓千斤頂的另一端與所述實驗主體承載架連接；

所述側向承載架分別與實驗主體承載架、第二垂向加載機構、第三側向加載機構、穩定支撐梁進行連接；

所述第二垂向加載機構的兩端分別與兩個所述側向承載架連接；

所述第三側向加載機構與側向承載架連接；

所述穩定支撐梁的兩端分別與兩個所述側向承載架連接。

2.根據權利要求1所述的一種煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述第一加載機構包括第一加載加壓板、第一加載筋板、注水管、第一加載連接耳板；

所述第一加載連接耳板與所述液壓千斤頂的一端連接。

3.根據權利要求1所述的一種煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述第二垂向加載機構包括第二加載加壓板、第二加載固定板、第二加載導向柱、第二加載螺栓、第二加載連接耳板；

所述第二加載加壓板與所述第二加載導向柱為固定連接，在所述第二加載固定板上開設導向孔，所述第二加載導向柱可以沿導向孔進行上下運動；

所述第二加載固定板上開設螺紋孔，所述第二加載螺栓通過開設的螺紋孔向所述第二加載固定板施加載荷；

所述第二加載連接耳板與所述承載架第二連接耳板連接。

4.根據權利要求1所述的一種煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置，其特征在于，所述第三側向加載機構包括第三側向加載加壓板、第三側向加載導向柱、第三側向加載螺栓；

所述第三側向加載導向柱與所述第三側向加載加壓板為固定連接；

所述第三側向加載螺栓通過所述承載架螺紋孔向所述第三側向加載加壓板施加載荷。

5.一種如權利要求1-4任一項所述的煤巖體固液耦合相似模擬實驗裝置的使用方法，其特征在于，包括：

S001，根據工程現場實際情況確定相似材料物理力學參數，以及模型的幾何參數；

S002，將所述側向承載架與實驗主體承載架連接固定，將所述穩定支撐梁的兩端分別與兩個所述側向承載架連接固定；

S003，將所述第三側向加載機構的第三側向加載導向柱穿過承載架導向孔，并根據煤層與巖層組合體尺寸要求，用第三側向加載螺栓通過承載架螺紋孔進行限位；

S004，根據模型的幾何參數、模型材料的物理力學參數，在所述承載底板上鋪設煤層與巖層組合體材料；

S005，將第二加載加壓板置于煤層與巖層組合體材料上，將第二加載固定板通過開設的導向孔與第二加載導向柱連接，并通過所述第二加載連接耳板與承載架第二連接耳板連接，此時，通過第二加載螺栓向所述第二加載加壓板施加壓力，模擬煤層與巖層組合體受到的初始作用力；

S006，通過調整所述第三側向加載螺栓，從而調整第三側向加載加壓板向煤層與巖層組合體施加的側向載荷；通過調整所述第二加載螺栓，從而調整第二加載加壓板向煤層與巖層組合體施加的垂向載荷；

S007，將所述第一加載機構的兩端分別與兩個液壓千斤頂的一端進行連接，將所述液壓千斤頂的另一端與實驗主體承載架連接；

S008，在所述第一出水管上安裝水壓表，同時利用水壓表封堵第一出水管，并根據實驗要求，通過注水管進行注水，注水過程中，通過水壓表壓力的變化判斷水位的變化，當達到初始水壓值時停止注水；

S009，進行煤巖體固液耦合實驗；通過調整所述液壓千斤頂的伸縮行程，改變煤層與巖層組合體材料受到的水壓值；通過調整所述第二加載螺栓，改變煤層與巖層組合體材料受到的垂向載荷；通過調整所述第三側向加載螺栓，改變煤層與巖層組合體材料受到的側向載荷；通過監測所述收集水倉收集的滲水量與時間的關系，分析煤層與巖層組合體材料的損傷破壞特性；

S010，實驗結束，拆除實驗設備。