[发明专利]一种用于采动破裂岩石的渗流特性测试系统及试验方法

说明书

本发明公开了一种用于采动破裂岩石的渗流特性测试系统及试验方法，它涉及力学、实验与采矿领域，包括加载装置、控制装置、夹持装置和监测装置。为实现采动破裂岩石的再加载及渗流特性测试，夹持装置的卡槽采用拱体结构，卡槽端部开口内均布内卡齿，夹持装置的卡环为端部均布外卡齿的拱体结构，卡环外卡齿与卡槽内卡齿咬合以阻止再加载过程中的环向鼓胀破碎并保证准确的对破裂岩石试件的整体渗流测试。加载装置、控制装置、夹持装置和监测装置之间通过管线相互连接、连通，以电信号的形式反馈试件信息和接受指令。该测试系统相对于其他实验体系，经济实用、操作简便，可较好的实现采动破裂岩石的再加载，获取准确的采动破裂岩石渗流特性。

技术领域

本发明涉及到一种用于采动破裂岩石的渗流特性测试系统及试验方法，尤其是一种针对煤矿开采引起的不同应力路径下采动破裂岩石的变形-应力-渗流的测试系统与试验方法，属于力学、实验与采矿领域。

背景技术

在大型的矿山深部工程中，采动破裂岩石的物理特性是影响工程安全施工与长期稳定的重要因素。如在煤矿开采中，由于采动作用，工作面岩石均出现破裂，且在继续掘进的过程中已破裂的围岩会受到应力作用进一步的破碎，进而影响煤矿开采的正常进行。

采动破裂岩石历经应力演化后进一步破碎，由于岩石的碎胀特性，岩石会发生鼓胀。发生鼓胀的岩石在周围岩石的挤压状态下，采动破裂岩石会承受局部更大的围压。

现有的采动破裂岩石物理测试系统中，采动破裂岩石物理试验机多采用整体式框架以对岩石试件进行静水加载，无法实现三向压缩状态，仅通过单一方向压缩与岩石试件的侧向的反向压缩来代替应力状态，而过于局部的应力状态使得研究会存在一定的偏差，这与实际工程现场呈现的岩石应力路径演变不相符。在岩石的渗流-应力实验中，由于普通的采动破裂岩石物理试验机未能对试件施加环向约束，导致无法对出现明显裂隙特征的岩石试件继续施加轴向应力，而采动破裂岩石试件还会进一步发生环向的鼓胀破碎。

为实现采动破裂岩石的再加载，获取准确的采动破裂岩石物理特性，就必须对岩石试件施加外部环向限制，用于采动破裂岩石的渗流特性测试系统及试验方法应运而生。

发明内容

本发明的目的是为克服现有的采动破裂岩石物理试验机无法进行采动破裂岩石的变路径加载、无法实现采动破裂岩石的三向压缩状态和无法对采动破裂岩石试件施加轴向应力的不足，以进行采动破裂岩石在不同围压下变形-应力-渗流的实验并提高采矿的安全性、经济性、科学性。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于采动破裂岩石的渗流特性测试系统，其特征在于：包括加载装置、控制装置、夹持装置和监测装置。

所述加载装置包括孔压管控装置、围压管控装置、快速衰减渗透控制装置和三轴加载装置。所述三轴加载装置包括压机、压头、加载底座、密封仓。所述压头包括上下两个压头，中间夹持采动破裂岩石试件，且均与所述加载底座相连通。所述加载底座上有多组电信号传输通道，分别与孔压管控装置、围压管控装置及快速衰减渗透控制装置连接，以电信号的形式反馈试件信息和接受指令。所述三轴加载装置通过所述压头固定采动破裂岩石试件，通过所述压机向上部的压头施加竖向力，从而向采动破裂岩石试件施加轴向应力，通过所述密封仓密闭注油，通过调节围压管控装置施加围压。

所述控制装置包括主控台和显示器，所述控制装置通过管线与所述孔压管控装置、围压管控装置和快速衰减渗透控制装置以及三轴加载装置中的压机、加载底座和密封仓相连接。