[实用新型]煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试系统

说明书

本实用新型提供了煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试系统，包括气源、真空泵、测试组件、信号采集传输组件和地面监控站，所述测试组件包括顶部压板、加载件、试件、底部压板、锚索应力计、扁千斤顶、轴向位移计、径向位移计和气体隔离腔，所述测试组件安装于设置在采面前方的煤岩体上的掏槽中，所述信号采集传输组件包括位移采集器、应力采集器和井下信息采集站，应力采集器与锚索应力计连接，位移采集器分别与轴向位移计和径向位移计连接，位移采集器和应力采集器通过线缆与井下信息采集站相连，井下信息采集站通过线缆与地面监控站连接。

技术领域

本实用新型属于岩土工程领域，涉及煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试系统。

背景技术

进入深部开采阶段后，煤岩赋存应力和瓦斯压力显著增大，煤与瓦斯共采的实践也迎来了新的挑战。工程实践表明，煤岩体不仅受到荷载作用，还受到流体运移、温度、生物或化学物质作用等众多因素的影响，且各影响因素之间相互联系，形成对煤岩体完整的多场耦合作用，进而影响煤岩体的力学响应，使煤岩体在不同的具体实践中呈现出显著的力学性质差异。煤岩体采动裂隙网络的萌生、扩展和演化对瓦斯在其内的运移具有至关重要的影响，采动裂隙网络始终是煤岩体内最主要的瓦斯运移通道。因此，必须考虑原位应力状态和真实扰动路径的影响，将开采或开挖等工程活动的扰动与煤岩体的渗流特性相结合开展研究。

现有研究方法多为在室内尺度下开展的卸荷应力状态的煤岩体渗透率研究，仅局限于试验条件本身对渗透率的影响进行研究和阐述，尚无关于开采过程中真实采动应力环境影响下的煤岩体采动力学行为及渗流特性研究的报道。

例如，CN104374684A公开了用于测试采动过程卸荷煤岩体渗透率的系统，主要包括气源、真空泵、气体稳压增温控制装置、具有试件的MTS围压腔，还包括与这些部件配合的阀门、压力计和流量计等。该测试系统能在MTS岩石力学测试系统准确控制煤岩体加载、记录应力和变形数据的基础上，实现外部气体稳压恒温渗流条件的施加，但是，该测试系统仍然存在以下不足之处有待改进：

(1)虽然该文献中提到了该测试系统可以实现采动过程卸荷煤岩体渗透率的稳定准确测试，但实际上，该测试系统仍然是在实验室状态下进行测试的，其加载方式是理想性的，只能近似地模拟采动应力的变化过程，但实际的采动应力变化是非常复杂的，该测试系统未考虑也无法将真实采动应力环境的影响结合到测试过程中，而煤岩体的渗透率具有显著的应力和孔隙度敏感性，因此采用该测试系统仅通过理想化的模拟采动应力的变化过程是无法实现对煤岩体渗透率进行准确测试的，其测试结果的准确性和可借鉴性都还有待提高。

(2)该测试系统的加载方式为单一线性地加载，而实际上采动应力的演化过程是非常复杂的，该测试系统无法反应支承压力波动特性对于煤岩体渗透率的影响。

(3)该测试系统的测试过程在实验室内完成，并非处于原位环境，需要设计气体加热器和加热控制器预先对气体温度进行调控，而深部开采所处地的温度随着地质条件的差异会有所不同，因此该测试系统难以精确模拟实际的温度条件，由于温度会影响煤岩体中的流体运移等，进而影响煤岩体的力学响应，这也不利于测试结果的准确性的提高。

(4)该测试系统主要是基于MTS岩石力学测试系统进行测试的，属于实验室装置，无法直接在深部开采的地下环境应用。

现有的室内试验线性加载模拟方法只是一种针对材料性质的研究方式，与工程扰动并不相关。为了突破室内尺度的测试系统及试验难以还原现场煤岩体裂隙演化以及渗流特性等原位力学变化特征的瓶颈，开发出能在现场尺度下开展真实扰动路径下煤岩体的力学行为及渗流特性的原位测试装置及相关的测试方法是十分必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供煤岩体的力学行为和渗流特性原位测试系统，以解决现有室内试验装置不能反映真实采动应力影响下煤岩体的力学行为和渗流特性不足。