[实用新型]一种含瓦斯煤岩力学特性模拟实验装置

说明书

技术领域

本实用新型属于煤岩力学特性测试技术领域，具体涉及一种含瓦斯煤岩力学特性模拟实验装置。

背景技术

近些年来，随着煤层开采深度的增加，含瓦斯煤体动力灾害也越来愈多，为了适应高地应力、高瓦斯环境下支护要求和防治瓦斯灾害而必须加强的矿井支护技术和瓦斯防治技术，井下的留设煤柱的数量就必须相应增加，而留设煤柱又多处于单向受载情况下(可认为处于单轴压缩状态下)，故研究单轴压缩情况下含瓦斯煤样的力学性质，对于维护井下煤柱有效性、地下采掘空间的安全及瓦斯灾害的防治均具有重要实际意义。现在国内外关于煤体变形特性的试验研究较多，但多集中在不含瓦斯煤岩体的单轴、三轴压缩状态下的变形特性及含瓦斯煤岩体三轴压缩状态下的变形特性方面的研究，而对含瓦斯煤岩的单轴压缩力学特性试验研究较少，并且由于已有的试验研究大多是利用常规试件和装置对含瓦斯煤的应力–应变、渗流特性进行研究，并取得了许多成果，但还有许多不能从宏观角度解释的现象。因此，在试验装置中加上了声发射仪器和VIC-3D测量仪观测含瓦斯煤样在单轴压缩下的一些宏观变化和细观变化，并且基于细观力学理论和方法，从煤岩细观裂纹在瓦斯压力和载荷作用下的各种变化着手，研究细观尺度下煤岩微裂纹的变化规律，并与煤体宏观的变形破坏研究相结合，将为煤与瓦斯突出的有关问题给予更合理的解释，对进一步揭示煤与瓦斯突出机制及提出更加科学有效的防治技术具有重要的理论和工程应用价值。因此，需要一种装置模拟井下留设煤柱处于单向受载的实际情况，实现单轴压缩下含瓦斯煤岩力学特性试验。

为了解决以上问题，张茹、刘保县、李回贵等都研究的是煤岩在单轴压缩下的一些力学特性，并且结合声发射仪器研究煤岩的宏观破裂结构特征和破裂过程中的声发射特性。但这都是在无瓦斯环境下进行的单轴压缩试验，与实际的煤矿开采中的留设煤柱受的单向受载情况还有很大的差异。由于含瓦斯煤岩的单轴压缩试验要求煤样内必须确实存在瓦斯，且单轴压缩情况下煤样内保存瓦斯难度较大，因而其实现存在较大难度。刚开始时赵洪宝为了实现单轴压缩状态下的含瓦斯煤岩力学性质研究,又要保证煤样试件内确实含有瓦斯,事先对煤样试件周围均匀抹硅橡胶保护层,仅保留上下两个端面,又在煤样侧壁紧密包裹热缩管,之后将煤样试件在设定的瓦斯压力情况下吸附48h,并且在不同的瓦斯压力下于MTS 815进行单轴压缩状态下含瓦斯煤岩力学特性研究；试验时让试验机上下压头和煤样侧壁的硅橡胶层、热缩管形成了一个封闭的空间,由于试验持续时间较短,他就认为该装置符合含瓦斯煤力学性质试验要求。接着曹树刚等从细观力学的角度出发研究含瓦斯煤岩变形破坏规律，研制一种煤岩固气耦合细观力学试验装置，并对装置密封、透明视镜等关键技术难点进行深入分析；该试验装置主要由加载系统、充瓦斯系统、细观观测系统和声发射监测系统4个部分组成，也可以提供单轴受力状态下含瓦斯煤岩的力学特性试验。还有钮月、李忠辉等人搭建了含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统，该系统采用含瓦斯煤单轴压缩信息采集系统，系统主要包括应力加载系统，声发射数据采集系统、密封缸体、瓦斯及氮气重放系统，因而他的这个实验系统可用于测试含瓦斯煤单轴受载破坏过程中力学及声发射特性参数的变化。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种含瓦斯煤岩力学特性模拟实验装置，其结构简单，设计合理，实现方便，功能完备，能够真实的反映井下留设的煤柱处于单向受载情况，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种一种含瓦斯煤岩力学特性模拟实验装置，其特征在于：包括煤样容器、应力加载系统、充瓦斯系统、瓦斯检测仪、VIC-3D非接触全场应变测量系统和声发射系统；

所述煤样容器包括煤样容器壳体和设置在煤样容器壳体内的煤样放置腔，所述煤样容器壳体的顶部密封连接有活塞，所述煤样容器壳体的一侧设置有第一多用气孔，所述煤样容器壳体的另一侧设置有第二多用气孔和透明视镜，所述第一多用气孔上设置有第一密封接头，所述第二多用气孔上设置有第二密封接头；

所述应力加载系统包括电子万能试验机和与电子万能试验机的应力加载探头相接的第一计算机；

所述充瓦斯系统包括通过第一连接管与第一密封接头连接的三通阀，以及与三通阀连接的抽真空管和充瓦斯管，所述抽真空管未与三通阀连接的一端端部连接有真空泵，所述抽真空管上设置有真空压力表和抽真空控制阀，所述充瓦斯管未与三通阀连接的一端端部连接有瓦斯气瓶，所述充瓦斯管上设置有减压阀、瓦斯气体压力表和充瓦斯控制阀；

所述瓦斯检测仪通过第二连接管连接在第二密封接头上；