[发明专利]气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测装置、系统及方法

权利要求书

1.气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测装置，其特征在于，包括缸体，缸体内设有由柔性材质制成的气囊，气囊包括用于贴合试件外周面的密封部，密封部外周面一体式设有内部具有空腔的围压加载部，密封部两端伸出至缸体外部并且能够密封固定在第一压头和第二压头的外周面，所述缸体两端设置有密封部伸出的孔洞，所述孔洞的孔面为倾斜面，与缸体的轴线呈设定夹角；第一压头和第二压头内分别设有与探伤仪连接的超声波接收探头和超声波发射探头，密封部设有延伸至缸体外部的进气管，围压加载部设有延伸至缸体外部的围压介质进管和围压介质出管；所述进气管位于密封部的中间位置，其为贯穿围压加载部和缸体的缸壁的橡胶管，通过进气管能够使得密封部内部空间与缸体外部空间连通；所述第一压头固定有多个第一活塞，所述第二压头固定有多个第二活塞，第一活塞筒和第二活塞筒均设有用于向其内部注入气体的气体入口；

所述第一压头和第二压头内部均设置有探头密封套，超声波发射探头和超声波接收探头的头部均设置在探头密封套内部，所述探头密封套与抽真空机构连接。

2.如权利要求1所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测装置，其特征在于，所述第一活塞与固定设置的第一活塞筒滑动连接，多个第一活塞的截面面积之和等于第一压头用于与试件接触的端面面积，所述第二活塞与固定设置的第二活塞筒滑动连接，多个第二活塞的截面面积之和等于第二压头用于与试件接触的端面面积。

3.如权利要求2所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测装置，其特征在于，多个所述第一活塞沿第一圆周均匀分布，第一圆周的圆心位于第一压头的轴线上，多个所述第二活塞沿第二圆周均匀分布，第二圆周的圆心位于第二压头的轴线上。

4.如权利要求1所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测装置，其特征在于，所述第一压头和第二压头内均设有弹性件，用于对超声波发射探头和超声波接收探头施加预紧压力。

5.气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测装置，所述进气管与气源装置连接，所述围压介质进管与围压介质供给装置连接，还包括轴向加载装置，用于通过第一压头和第二压头对试件施加沿试件轴线方向的荷载。

6.如权利要求5所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测系统，其特征在于，所述围压介质供给装置采用液压站，液压站的出口通过进油管与围压介质进管连接，液压站的入口通过出油管与围压介质出管连接，所述出油管上安装有恒温装置及质量流量计。

7.如权利要求6所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测系统，其特征在于，所述恒温装置采用安装有制热件和制冷件的油箱。

8.一种权利要求5所述的气固耦合煤岩三轴力学损伤实时探测系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

将预先制备好的试件放入密封部中；

在试件的上下两端分别安装第一压头和第二压头，并将密封部的两个端部分别与装入超声波发射探头的第一压头和装入有超声波接收探头的第二压头密封固定；

启动围压介质供给装置，通过围压介质进管向围压加载部的空腔内注入恒温的围压介质，对试件施加围压；

开启探伤仪，采用获取无损伤试件的纵波波速，并保持探伤仪开启状态；

启动气源装置，利用气源装置向试件充入设定压力的气体，实现试件的气体填充；

开启轴向加载装置，通过第一压头和第二压头对试件施加轴向荷载，通过探伤仪实时获取试件内纵波波速，并计算得到试件的损伤度。