[发明专利]一种煤岩力学试验装置及试验方法

说明书

本发明属于煤岩开采技术领域，具体涉及一种煤岩力学试验装置及试验方法，其解决了现有技术试验过程中难以探究不同气体赋存条件下的耦合影响的问题。本发明包括框架、施压装置和煤岩试件；煤岩试件的外部形成密封的外压施加空间，煤岩试件的内腔形成密封的内压施加空间；框架上设有用于外油路以及内油路、上仪器通路以及向气路。一种煤岩力学试验方法对外压施加空间通入液压油、内压施加空间通入液压油以及对煤岩试件施加向下的轴向压力的单独加载或混合加载分别模拟煤岩所受单一压力以及复杂混合应力进行试验，并且试验过程中向煤岩试件体内输送气体。本发明测量系统准确、载荷输出稳定可靠、能改变不同气体赋存条件、具有复杂混合应力加载能力。

技术领域

本发明属于煤岩开采技术领域，具体涉及一种煤岩力学试验装置及试验方法。

背景技术

随着我国能源需求的增加,许多煤矿正在逐步进行深部煤层及煤层气的开采,在深部煤层钻孔难度进一步增大,而煤层钻孔是实现瓦斯抽采和煤层消突的必要技术。钻孔钻进过程往往会引起钻孔围压的持续变化，在一定精度要求下可通过应力随时间的改变模拟这一过程，在深部煤层的高应力状态下，钻孔围压的上述过程通常会引发塌孔、堵塞等情况的发生，严重威胁煤层气抽采效果以及消突效果。因此，探究在不同气体赋存条件下钻孔围压主应力大小以及主应力持续变化的复杂情况对应的钻孔的破坏机理以及力学表征是进行深部煤层及煤层气开采过程中进行效果预测预计灾害防控的必要依据。

国内外已有的煤炭力学试验设备往往无法模拟钻孔周围持续复杂应力加载情况，同时也难以探究不同气体赋存条件下的耦合影响，导致对深部煤层钻孔的试验数据难以匹配实际情况。

发明内容

本发明要解决上述问题，提供了一种测量系统准确、载荷输出稳定可靠、能改变不同气体赋存条件、具有复杂混合应力加载能力的煤岩力学试验装置。

本发明采用如下的技术方案实现：一种煤岩力学试验装置，包括框架、用于施加轴向力的施压装置和管状结构的煤岩试件；

所述框架的内部为圆柱形的空腔；

所述施压装置自框架的顶部插装于框架内与框架构成移动副，煤岩试件竖向设置于框架的空腔内，施压装置向煤岩试件施加轴向压力；

煤岩试件的外部形成密封的外压施加空间，煤岩试件的内腔形成密封的内压施加空间；框架上设有用于向外压施加空间输入液压油的外油路以及用于向内压施加空间输入液压油的内油路，框架上还开设有与外压施加空间以及内压施加空间连通的上仪器通路以及向煤岩试件内部输入气体的气路。

进一步的，所述煤岩试件的表面均覆盖有耐高压薄膜。

进一步的，所述框架可拆卸为上中下三部分，上部为上密封盖、下部为下盘座、中间为承压釜，上密封盖与承压釜通过上紧固螺栓连接、承压釜与下盘座通过下紧固螺栓连接。

进一步的，所述煤岩试件具有多种规格，每个规格的煤岩试件的内径或外径不同；每个规格煤岩试件的顶端和底端分别固定有与其匹配的上固定传压块和下固定传压块，上固定传压块以及下固定传压块与煤岩试件通过固定剂固定连接。

进一步的，所述气路包括上气路和下气路，上气路开设于上密封盖的顶部，上固定传压块边缘开有传压块气体通路，传压块气体通路与上气路通过气传输管连通，用于将气体通入煤岩试件的顶端；

下气路自下固定传压块的顶端连通至下盘座的外缘，用于将气体通入煤岩试件的底端；

所述外油路自连通下盘座的上缘连通至下盘座的外壁；

所述内油路自下固定传压块上端连通至下盘座外缘；

所述上仪器通路开设于上密封盖的顶部，上固定传压块中心开有传压块仪器通路，上仪器通路通过数据传输线与传压块仪器通路以及煤岩试件的外壁连通。

进一步的，所述煤岩试件的顶端与施压装置的底端连接、底端与框架连接；