[发明专利]一种含瓦斯煤岩试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及采矿领域，特别是涉及一种真三轴状态下的含瓦斯煤岩细观力学试验系统。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿生产中遇到的一种极为复杂的矿井瓦斯动力现象。近些年来，煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故频发，煤矿瓦斯灾害已严重影响到煤炭工业健康的发展。目前，专家、学者普遍认为煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力及煤岩物理力学性质三者综合作用的结果。因此，开展地应力、瓦斯耦合作用下的煤岩力学特性研究，特别是从细观的角度，对煤岩破坏过程中裂纹的产生、扩展动态过程以及最后破坏状态进行研究，有利于更深入地了解含瓦斯煤岩的物理力学性质，对更科学地揭示煤岩动力现象发生机理及更合理的开发相应灾害防治技术具有重要的理论价值和工程指导意义。

目前，针对含瓦斯煤岩的细观装置较为少见，比较典型的有中国矿业大学何学秋教授研制的含瓦斯煤变形及破裂动态显微观测系统，以及重庆大学曹树刚教授研制的一种含瓦斯煤岩细观力学试验系统（详见申请号200810070166.5）。前者的加载装置为设置有观测窗口的圆柱形压力缸，用浮法玻璃做窗口材料，将圆柱形煤岩试件的一侧磨成平面宽度约为10～15mm的平面作为观测平面，观测系统采用可进行左右摆动的长距离高倍显微镜。由于光线显微镜对观测面的要求较高，该装置采用圆柱形试件，观测面范围较小，且显微镜只能进行左右摆动观测，致使观测范围小，不能追踪特定裂纹的破坏过程以及进行一定范围内的定量观测；而且该装置的气体压力较低，与矿山实际差异较大，其观测的可靠性有待进一步提高。后者在试验腔的敞口处固定透明视镜，透明视镜外设置体视显微镜以及CCD摄像机，试件上粘贴声发射传感器并通过测量导线与声发射采集分析仪器相连接。该系统采用动态显微观测和声发射监测相结合的手段，能够全程完整的记录下试件裂纹发育扩展情况以及试件破坏状态，可进行单轴、平面应变、假三轴等受力状态下的试验测试，但是该装置中采用两个液压千斤顶从上方和侧面进行挤压，同时在下方和另一个侧面采用“L”形垫块限位，这种结构无法进行含瓦斯煤岩真三轴状态下的细观试验，且对试验温度的调控并不方便。

综上分析，已有的设备要么对试验环境要求苛刻、与矿山实际差异大、且试验成本高昂、观测手段单一，要么无法进行更贴近煤岩实际受载状态的真三轴试验。目前还缺乏一种有效的、更贴近矿山生产实际的、多种观测方式结合的煤岩真三轴力学试验装置，该装置既可以对含瓦斯煤岩进行单轴、平面应变、真三轴等受力状态下的细观力学试验研究，也能对煤岩体细观特征进行追踪记录和定量观测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在不同瓦斯压力、不同温度、不同受力状态下对煤岩进行真三轴细观力学实验的试验方法。

本发明的技术方案如下：一种含瓦斯煤岩试验方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将煤岩试件放入到试验装置（1）内，所述试验装置（1）内开设有具有开口的试验腔（1a），该试验腔（1a）的开口水平朝向试验装置（1）的其中一个侧面，且该试验腔（1a）的开口由固定在试验装置（1）侧面的透明视镜（2）封闭，所述试验腔（1a）内的下部安装有活动垫块（3），拆下透明视镜（2），将试件放到活动垫块（3）上，在活动垫块（3）的下方连接有垫块（15），该垫块（15）的底部固定连接在试验腔（1a）底部，所述垫块（15）的上表面向上凸起形成条形滑轨（15a），该条形滑轨（15a）左右延伸布置，所述活动垫块（3）的下表面开有与条形滑轨（15a）相对应的条形槽（3a），所述条形滑轨（15a）伸入到该条形槽（3a）内。所述试验腔（1a）的上部和左右两侧均设有活动压块（4），三个所述活动压块（4）均通过加载块（16）与加载轴（5）相连，所述加载块（16）与加载轴（5）固定相连，在该加载块（16）与活动压块（4）相接触的面上设置有滑块（16a），该活动压块（4）上设置有与滑块（16a）相对应的滑槽（4a）；三个所述活动压块（4）和所述活动垫块（3）围成一个四边形框架，且所述活动压块（4）和活动垫块（3）互相错位，先将试件居中放在活动垫块（3）上，再缓缓将试件移动到活动垫块（3）右端平齐，而后调节活动垫块（3），使其居于垫块（15）的中心位置，再向左移动右侧加载块（16），使与其相连的活动压块（4）抵在试件上，再调整该活动压块（4），使其下端部分地抵在下部活动垫块（3）上，同理，调整左侧和上部加载块（16）的位置，使各加载块（16）和活动压块（4）满足错位要求；所述试验腔（1a）内还设置有声发射传感器（7）和应变传感器（36），将该声发射传感器（7）和应变传感器（36）均贴于试件表面；