[发明专利]一种开采扰动下深部煤岩流固耦合蠕变实验装置及方法

说明书

本发明提供一种开采扰动下深部煤岩流固耦合蠕变实验装置及方法，其装置包括气液体加载通道，用于向试件中注入和排出气液；气液收集装置，用于收集煤岩试件渗透的气液；扰动装置，用于为煤岩试件提供不同幅值、不同频率的扰动；轴压加载系统，用于向煤岩试件施加轴压、数据测量与收集处理系统，用于生成处理轴向、径向应力应变及声发射事件数。实验方法包括制备和安装试件；实验前试件和管路抽真空；开展采扰动下深部煤岩力学特性实验、开采扰动下深部煤岩流固耦合力学实验、开采扰动下深部煤岩流固耦合蠕变特性实验。该发明可模拟深部煤岩体在复杂开采扰动环境下流固耦合蠕变失稳实验。

技术领域

本发明涉及煤矿开采过程中巷道围岩蠕变失稳技术领域，具体涉及一种开采扰动下深部煤岩流固耦合蠕变实验装置及方法。

背景技术

蠕变是固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间增加而增加的现象。在岩体工程中，例如地下矿井、隧道垮塌、地基失稳、核废料储存库破裂及岩爆等工程灾害中，存在大量因煤岩长期蠕变变形而导致的破坏，且在破坏过程中有渗透水压、气压、扰动等因素的综合影响。

矿井进入深部开采后，与浅部煤矿相比，深部岩体原位环境(高地应力、高岩溶水压、强烈开采扰动和强时效性等)作用更加显著，已有技术已不能解决深部矿井所带来的问题。研究煤岩在复杂环境下流固耦合蠕变特性迫在眉睫。煤岩蠕变试验是研究煤岩蠕变特性的主要手段，对于研究复杂状态下的煤岩蠕变特性，在工业上，已有多种三轴蠕变实验台对岩石蠕变进行实验，从而满足实际工程中涉及到的煤岩蠕变试验。现有试验装置多为单向渗流、未加扰动，然而对于深部岩体复杂环境下考虑多因素的岩石蠕变实验装置相对较少，尤其是考虑多相渗流及在扰动环境下的蠕变实验装置更少。因此寻求一种在开采扰动下深部煤岩流固耦合蠕变实验装置迫在眉睫。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种开采扰动下深部煤岩流固耦合蠕变实验装置，包括：气液体加载通道、气液收集装置、扰动装置、轴压加载系统、数据测量与收集处理系统、煤岩试件、三轴压力室、倒T形伸缩杆；煤岩试件竖直放置在三轴压力室的中心位置处，煤岩试件的底部由倒T形伸缩杆进行支撑；

气液体加载通道，用于向煤岩试件中注入和排出气液体；

气液收集装置，用于收集煤岩试件渗透的气液；

扰动装置，用于为煤岩试件提供不同幅值、不同频率的扰动；

轴压加载系统，用于向煤岩试件施加轴压；

数据测量与收集处理系统，用于生成轴向、径向应力应变、声发射事件数及渗透系数。

所述实验装置还包括第一刚性梁、两个立柱、第二刚性梁；竖直放置的立柱安装在第二刚性梁的两端，第一刚性梁安装在竖直放置的立柱上形成实验空间，三轴压力室安装在实验空间中的第二刚性梁上；

所述扰动装置包括振动器、调频器、传力柱；传力柱安装在煤岩试件的上端面，传力柱的顶部与第一刚性梁接触，振动器、调频器安装在第一刚性梁上，振动器与调频器相连接。

所述气液体加载通道包括水泵、第二稳压罐、第二六通阀、第二压力表、第一液体流量计、气泵、第三稳压罐、第三六通阀、第三压力表、第四压力表、气体流量计、混合罐、第一多孔垫、第一管路、第二管路、第三管路；第一多孔垫安装在煤岩试件和传力柱之间，第二稳压罐、水泵分别连接第二六通阀，第二六通阀连接混合罐的一端，混合罐的另一端通过第一管路穿过传力柱连接第一多孔垫，第一液体流量计安装在第一管路上，第二压力表安装在第二六通阀上，气泵、第三稳压罐分别连接第三六通阀的两个端口，第三六通阀的第四个端口通过第二管路穿过立柱伸入三轴压力室内，第三压力表安装在第二管路上，混合罐的第三端口通过第三管路连接在第三六通阀的一端口上，第四压力表、第一气体流量计安装在第三管路上。