[发明专利]动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置

说明书

本发明提出一种动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置，涉及煤岩冲击力学特性测试技术领域。本动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置，包括透射杆、入射杆、围压密封单元、围压加载驱动单元、气体调节单元、超高频气体压力变送器、气体压力数据采集处理单元、轴向静载加载驱动单元、子弹发射单元、声发射数据采集处单元、应力波数据采集处理单元和高速摄像机。本发明的有益效果：准确模拟煤岩处于径向围压加载、轴向静载、冲击动载和压力瓦斯气体耦合作用状态，在实验室重现含瓦斯煤炭开采过程中煤岩受到的动载扰动引起的动静载荷叠加作用，同时，对加载过程中的试件孔隙压力变化和试件损伤破坏进行准确测定。

技术领域

本发明涉及煤岩冲击力学特性测试技术领域，特别是涉及一种动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置。

背景技术

煤矿开采不可避免存在动载扰动，采掘工作面附近煤岩体处于典型的动静载荷叠加作用环境中。动载扰动引起的动静载荷叠加作用促使煤岩破坏失稳是煤与瓦斯突出等煤岩动力灾害频发的直接原因。动静载荷作用引起含瓦斯煤孔隙压力的动态变化、瓦斯吸附解吸的失衡、煤体力学性质的改变及损伤破坏特性的差异；动静载荷作用下含瓦斯煤体孔隙压力、吸附解吸效应、损伤破坏特性之间的互馈作用机制并不清晰。从动静载组合角度出发对深部岩体开挖工程中岩体稳定性、岩石破碎进行研究，比单纯研究动载或静载作用更有实际意义。

目前常用的研究煤岩体冲击力学性能的实验系统是分离式霍普金森压杆装置以及由此衍生出的各类变形装置。霍普金森压杆装置可以实现对试件加载轴向静载和径向围压的同时进行冲击动载实验。但是实际开采过程中煤体内部含有瓦斯，瓦斯的存在对煤体的力学性能有很大影响，但霍普金森压杆装置不能很好的解决加载围压的同时对煤样进行充气的问题。此外，霍普金森压杆装置也无法准确地对加载过程中的试件孔隙压力变化和试件损伤破坏进行测定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置，实现模拟煤岩处于径向围压加载、轴向静载、冲击动载和压力瓦斯气体耦合作用状态，同时，对加载过程中的试件孔隙压力变化和试件损伤破坏进行准确测定。

本发明提供一种动静组合加载含瓦斯煤孔隙压力响应和损伤破坏测定装置，包括透射杆、入射杆、围压密封单元、围压加载驱动单元、气体调节单元、超高频气体压力变送器、气体压力数据采集处理单元、轴向静载加载驱动单元、子弹发射单元、声发射数据采集处单元、应力波数据采集处理单元和高速摄像机；透射杆的端头的端面开设第一左气体开孔，透射杆的端头的侧壁外表面开设第二左气体开孔，透射杆的端头的侧壁内部开设左气体流动孔道，第一左气体开孔经左气体流动孔道连通第二左气体开孔；入射杆的端头的端面开设第一右气体开孔，入射杆的端头的侧壁外表面开设第二右气体开孔，入射杆的端头的侧壁内部开设右气体流动孔道，第一右气体开孔经右气体流动孔道连通第二右气体开孔；所述围压密封单元包括围压室、密封盖和透明热缩管；围压室的左侧开设左开孔，透射杆穿过左开孔伸入围压室内，围压室的左侧于左开孔的边沿位置开设左密封圈凹槽，左密封圈凹槽内装配有密封圈；围压室的右侧开设右开孔，入射杆穿过右开孔伸入围压室内，围压室的右侧于右开孔的边沿位置开设右密封圈凹槽，右密封圈凹槽内装配有密封圈；透明热缩管位于围压室内，透明热缩管内放置试件，透射杆和入射杆从透明热缩管的两侧伸入，透射杆的端头的端面和入射杆的端头的端面共同贴合试件；围压室的开口密封连接密封盖，密封盖上设置进油孔、排油孔和排气孔，围压室内充满液压油，进油孔和排油孔经液压管路连接围压加载驱动单元；第二左气体开孔和第二右气体开孔经气体管路连接气体调节单元和超高频气体压力变送器，超高频气体压力变送器经信号电缆连接气体压力数据采集处理单元；透射杆或入射杆上设置有轴压加载端，轴向静载加载驱动单元动力连接轴压加载端，轴压加载端对透射杆及入射杆轴向加载；入射杆远离入射杆端头的一端设置子弹发射单元，子弹发射单元发射出的子弹撞击入射杆并作用试件，透射杆处设置有吸收杆；试件侧壁设置若干个声发射传感器，声发射传感器经信号电缆连接声发射数据采集处理单元；入射杆和透射杆的外壁均贴附有应变片，应变片经信号电缆连接应力波数据采集处理单元；围压室的一侧开设透明视窗，视窗旁设置高速摄像机，高速摄像机朝向视窗拍摄。