[發明專利]一種非對稱荷載軟巖蠕變-滲流試驗裝置與試驗方法

在審

• 申請號: 202210567974.2
• 申請日: 2022-05-24
• 公開（公告）號: CN115078105A
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 王濤;張歡;楊雪林;趙濤;張靜
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/04;G01N15/08
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 楊斌華

一種非對稱荷載軟巖蠕變?滲流試驗裝置與試驗方法，屬于煤巖體力學技術領域，可解決現有技術難以實現非對稱荷載煤巖蠕變?滲流耦合試驗，包括非對稱荷載蠕變施加裝置、圍壓加載裝置、瓦斯壓力加載裝置和監測裝置，本發明創新性的借助雙杠桿原理實現煤巖試樣恒定非對稱荷載施加，可開展煤巖蠕變?滲流耦合試驗，彌補了現有研究中非對稱荷載蠕變?滲流耦合試驗裝置的空白。

技術領域

本發明屬于煤巖體力學技術領域，具體涉及一種非對稱荷載軟巖蠕變-滲流試驗裝置與試驗方法。

背景技術

瓦斯抽采實踐表明，受蠕變-滲流耦合影響，同一煤層鉆孔在淺部可長時間抽采高濃度瓦斯，但到深部瓦斯抽采濃度會很快降低到5%以下。深部開采瓦斯高效抽采的實現離不開抽采鉆孔周邊煤體蠕變-滲流規律的研究。受開挖工程的影響，煤層常受到非對稱荷載的作用，非對稱荷載可能會加速瓦斯抽采鉆孔的蠕變變形，導致抽采鉆孔在未充分發揮作用之前即失效，難以實現瓦斯的高效抽采。目前，針對非對稱荷載作用下煤體蠕變-滲流耦合規律方面的研究鮮見報道，究其原因是非對稱荷載蠕變-滲流耦合試驗裝置的缺失。

發明內容

本發明針對現有技術難以實現非對稱荷載煤巖蠕變-滲流耦合試驗，提供一種非對稱荷載軟巖蠕變-滲流試驗裝置與方法，該試驗機具有成本低、操作方便、可長時間穩定的對煤巖試樣施加非對稱蠕變應力。

本發明采用如下技術方案：

一種非對稱荷載軟巖蠕變-滲流試驗裝置，包括非對稱荷載蠕變施加裝置、圍壓加載裝置、瓦斯壓力加載裝置和監測裝置；

所述非對稱荷載蠕變施加裝置包括支撐底座，支撐底座的兩端分別設有支撐桿Ⅰ和支撐桿Ⅱ，其中，支撐桿Ⅰ的頂端低于支撐桿Ⅱ的頂端，支撐桿Ⅰ和支撐桿Ⅱ的頂端分別設有傳壓橫梁Ⅰ和傳壓橫梁Ⅱ，傳壓橫梁Ⅰ和傳壓橫梁Ⅱ的一端分別穿過支撐桿Ⅰ和支撐桿Ⅱ的頂端，分別通過上螺母和下螺母固定，傳壓橫梁Ⅰ和傳壓橫梁Ⅱ的另一端分別鉸接有砝碼吊盤Ⅰ和砝碼吊盤Ⅱ，傳壓橫梁Ⅰ和傳壓橫梁Ⅱ的下方分別通過傳壓墊塊Ⅰ和傳壓墊塊Ⅱ連接有承壓桿Ⅰ和承壓桿Ⅱ，其中，傳壓橫梁Ⅰ上設有穿孔，支撐桿Ⅱ和承壓桿Ⅱ的頂端分別穿過傳壓橫梁Ⅰ的穿孔，承壓桿Ⅰ和承壓桿Ⅱ的另一端分別連接有承壓墊片Ⅰ和承壓墊片Ⅱ；

所述圍壓加載裝置包括液壓泵和圍壓腔，圍壓腔底部與支撐底座連接，圍壓腔的頂部設有密封蓋，圍壓腔位于支撐桿Ⅰ和支撐桿Ⅱ之間，液壓泵通過進油管與圍壓腔的底部連接，進油管上依次設有開關、調壓閥和壓力表Ⅱ，圍壓腔的底部設有出油管，出油管上設有開關，圍壓腔內放置煤樣；

所述瓦斯壓力加載裝置包括瓦斯氣瓶、氣體緩沖箱、微孔板Ⅰ、微孔板Ⅱ、微孔板Ⅲ、承壓墊塊和熱縮管，瓦斯氣瓶的出氣口和氣體緩沖箱的進氣口通過進氣管連接，微孔板Ⅰ和微孔板Ⅱ分別位于煤樣的頂端，分別位于承壓墊片Ⅰ和承壓墊片Ⅱ的下方，氣體緩沖箱的出氣口通過進氣管伸入圍壓腔內，位于微孔板Ⅰ和微孔板Ⅱ的上方，微孔板Ⅲ位于煤樣的底端，承壓墊塊位于微孔板Ⅲ的下方，承壓墊塊位于支撐底座上，微孔板Ⅲ的下方設有出氣管，熱縮管截面呈倒置U型，承壓墊片Ⅰ、承壓墊片Ⅱ、微孔板Ⅰ、微孔板Ⅱ、微孔板Ⅲ和煤樣位于熱縮管內，熱縮管的底部與承壓墊塊相交，瓦斯氣瓶和氣體緩沖箱的進氣管上依次設有開關Ⅰ、調壓閥、減壓閥、開關Ⅱ和壓力表Ⅰ，出氣管上依次設有壓力表、開關和流量計；

所述監測裝置包括傳感器和數據采集器，傳感器通過耦合劑與熱縮管黏貼，傳感器通過導線與數據采集器連接，導線從支撐底座的底部穿過。

進一步地，所述支撐桿Ⅰ和支撐桿Ⅱ的一端分別與支撐底座通過螺紋連接。

進一步地，所述承壓桿Ⅰ和承壓桿Ⅱ與承壓墊片Ⅰ和承壓墊片Ⅱ分別通過螺紋連接。

進一步地，所述支撐桿Ⅰ和支撐桿Ⅱ分別包括支撐連接桿Ⅰ和支撐連接桿Ⅱ，支撐連接桿Ⅰ的一端和支撐連接桿Ⅱ的一端鉸接。

進一步地，所述承壓桿Ⅰ和承壓桿Ⅱ分別包括承壓連接桿Ⅰ和承壓連接桿Ⅱ，承壓連接桿Ⅰ的一端和承壓連接桿Ⅱ的一端鉸接。