[发明专利]一种煤岩多场耦合监测试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，特别涉及一种煤岩多场耦合监测试验装置。

背景技术

煤、岩石长期力学行为是岩石力学领域研究的重要研究方向，同时也是一个工程热点问题。近年来煤炭工业正式进入深部开采阶段，深部煤岩体不仅受到高地应力的作用，同时还会受到高渗透压和高地温的耦合作用，因此采矿工程活动改变了原岩应力的稳定性问题就尤为突显，进而诱发冲击地压和煤与瓦斯突出事故，因此对高地应力-高渗透压-高地温耦合作用下的煤岩体长期力学行为开展研究极为重要，有利于更科学的了解深部高应力、高渗透压力以及高地温环境下煤岩体的灾变孕育机制，更加合理的提出多参量监测方法并建立相应的煤体岩体失稳灾变判定及防治技术，对实现深部煤炭安全开采具有重要的科学意义和工程价值。

目前关于煤岩体三轴力学行为试验装置相对较少，特别是能同时将孔隙流压和温度这两个影响因素开展煤体的长期强度试验的试验装置更为少见，而研究深部煤体岩体冲击地压孕育发生机理不仅需要从理论上研究，同时还需要开展相应的试验研究，因此研制一种可获得煤岩体在应力场、渗流场以及温度场多场耦合作用下的力学行为，并可实现监测其破裂过程中产生的物理信号的试验装置是十分必要的。

发明内容

本发明提供了一种煤岩多场耦合监测试验装置，所述煤岩多场耦合监测试验装置包括底座、安装在底座上的试验腔体和轴向压力施加系统、围压施加系统、孔隙流压模拟系统、温度施加系统、电荷采集系统、声发射信号采集系统、应变采集系统和数据采集分析装置；

试验腔体包括钢制耐压腔和安装在钢制耐压腔底部的密封法兰盘，密封法兰盘中间安装有传动杆，钢制耐压腔与密封法兰盘形成的密闭空间内设有上压头和下压头，下压头与传动杆连接，试样的一端固定在下压头上，上压头固定在试样的另一端，钢制耐压腔内设有上压头限位孔，试样的外表面包裹有热塑套；

孔隙流压模拟系统包括设置在上压头侧壁上的第一孔隙流压口、设置在下压头侧壁上的第二孔隙流压口、设置在所述密封法兰盘上的第一流压传输孔和第二流压传输孔、流量计和流压施加系统，第一孔隙流压口在上压头内延伸至上压头接近试样的端面，第二孔隙流压口在下压头内延伸至下压头接近试样的端面，第一孔隙流压口与第一流压传输孔连通，第一流压传输孔与外界气压或水压施加系统连接，第二孔隙流压口与第二流压传输孔连通，第二流压传输孔与流量计连接；

围压模拟系统与所述试验腔体连通且能向所述试验腔体内施加油压或气压；

温度施加系统包括缠绕在所述热塑套表面的电控加热带，所述密封法兰盘上还设有信号线孔，电控加热带的导线穿过信号线孔与所述数据采集分析装置连接；

电荷采集系统包括设置在所述钢制耐压腔侧壁上的多个电荷探头安装孔、电荷探头和电极片，每个电荷探头安装孔内安装一个电荷探头，每个电荷探头连接一个电极片，电极片位于所述试样和钢制耐压腔内壁之间，电荷探头与所述数据采集分析装置连接；

声发射信号采集系统包括固定在所述热塑套外表面的声发射探头，声发射探头的信号线穿过所述信号线孔与所述数据采集分析装置连接；

应变采集系统包括固定在所述热塑套外表面的轴向引伸计和环向引伸计，轴向引伸计和环形引伸计的信号线穿过所述信号线孔与所述数据采集分析装置连接；

轴向压力施加系统包括轴向液压油缸和压力传感器，轴向液压油缸固定在所述底座上，轴向液压油缸与压力传感器连接，压力传感器与所述传动杆连接，压力传感器与所述数据采集分析装置连接。

所述钢制耐压腔包括腔体本体和腔体上盖；

所述多个电荷探头安装孔设置在所述腔体本体的侧壁上，所述密封法兰盘安装在所述腔体本体的底部，所述腔体本体的底部还设有连接法兰，所述底座上固定有多个举升油缸，多个举升油缸与所述连接法兰连接，所述腔体本体上设有安装孔，腔体上盖位于在安装孔内，所述上压头限位孔设置在所述腔体上盖上。

所述密封法兰盘的底部通过螺栓与铸钢圆筒连接，铸钢圆筒的底部通过螺栓与所述轴向液压油缸的外壳连接，所述轴向液压油缸的外壳固定在所述底座上，所述传动杆和所述压力传感器位于所述铸钢圆筒内。

所述第一孔隙流压口与所述第一流压传输孔通过不锈钢管连通，所述第二孔隙流压口与所述第二流压传输孔通过不锈钢管连通。