[实用新型]岩层应力模拟试压盒

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种模拟岩层应力的试验装置，具体地说，是一种在煤与瓦斯突出试验中多角度模拟岩层应力的岩层应力模拟试压盒。

背景技术

在煤与瓦斯突出机理研究方面被广大学者普遍接受的是综合作用假说，它认为煤与瓦斯突出是由应力、瓦斯压力和煤的力学性质综合作用的结果，但到目前为止，地应力、瓦斯压力和煤的力学性质在突出过程中的作用机理也尚未明确。前苏联在20世纪50年代就进行了一维突出模拟实验，试验表明只有在很大瓦斯压力梯度下(每一厘米瓦斯压力下降几个兆帕)煤才有可能被破碎和抛出。20世纪60年代初，日本学者氏平增之在实验室进行瓦斯抛射煤粒试验，利用CO₂的结晶冰、松香、水泥、煤粒制作了多孔介质模型模拟突出，试验在多孔介质孔隙瓦斯压力下引起材料的破碎和抛出，最后发展为类似苏联的综合考虑地层应力和瓦斯压力的突出模拟试验。与苏联的突出模拟试验相比，日本模拟装置的优点在于模型中有一段模拟围岩的水泥段，能进行“掘进”等作业；其缺点是用冰、水泥或松香等这些无瓦斯吸附能力的材料做模型，不论其物化性质或力学性质都与煤相差甚远。不能算是真正的模拟，只能算作是“复制”。

在国内，20世纪80年代初，我国煤炭科学研究院抚顺分院王佑安教授首先开展了煤与瓦斯突出一维模拟试验研究，现场采集煤样，实验室成型，模拟IV、V类突出危险煤，得出了一维条件下突出强度同垂直应力、瓦斯压力之间的定量关系。1996年，中科院力学所孟祥跃等人开发了既能改变地应力又能改变瓦斯压力的二维煤与瓦斯突出实验装置。2000年中国矿业大学郭立稳、俞启香、蒋承林通过煤与瓦斯突出装置研究了突出过程中的温度变化，认为在煤与瓦斯突出过程中，煤体温度的升高是由地应力破碎煤体使弹性能释放造成的，而温度降低则是由于瓦斯气体解吸和膨胀造成的，其变化是先升高后降低并连续变化的。2002年焦作工学院牛国庆、颜爱华、刘明举等也设计了煤与瓦斯突出装置，用来考察煤与瓦斯突出过程中的温度变化，研究结果认为在煤与瓦斯突出过程中，瓦斯的膨胀做功过程并非绝热过程，而是一个接近于等温过程的多变过程。2004年焦作工学院蔡成功等又按照相似理论设计了三维煤与瓦斯突出模拟实验装置，实验模拟了不同煤型强度、三向应力、瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出过程，得出了突出强度同瓦斯压力、煤型强度、三向应力、瓦斯压力关系数学模型，分析认为，应力和煤的力学性质是决定突出强度的主要因素。蔡成功等在原有实验装置上进行改进，又按相似理论设计了三维煤与瓦斯突出模拟实验装置。该实验装置用来进行模拟突出的煤样模型尺寸的长、宽、高为225mm×225mm×137mm。应力施加系统为TYS-500型岩石应力试验机。垂直轴压直接由试验机轴向系统施加。侧向应力为围压，用专用的侧向液压油缸施加，液压油由试验机侧压系统供液。在突出模拟时用标准精密压力表和试验机计量系统共同计量施加的压力。煤样成型后，连续脱气48h，然后充气吸附48h以上。当应力、瓦斯压力无变化，即装置无漏气、卸载时，采用机械方式突然打开突出口，使其发生突出完成实验。为安全起见，充气介质采用CO₂。

现有的煤与瓦斯突出实验装置，虽在一定程度上加深了煤与瓦斯突出机理的研究进展，但其共同存在的缺点是：几个实验装置的模型均是水平的，而现实情况，井下为水平倾角的煤层相对较少，不能完全模拟现场实际含瓦斯煤层，尤其是顶底板石门揭煤突出情况所遇到的煤层都是倾斜的，现有装置无法模拟。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种岩层应力模拟试压盒，能模拟出现场实际瓦斯煤层各种水平倾斜的情况，尤其是顶底板石门揭煤突出情况所遇到的倾斜煤层模拟试验。

为达到上述目的，本实用新型描述了一种岩层应力模拟试压盒，主要设置有盒体，该盒体为六面体，其关键在于：所述盒体的前、后、左、右立板为直立面，上、下底板为斜面板，该斜面板与水平夹角为α，所述夹角α的范围为0～45°；

所述盒体的上底板开口，并配合安装有活动压板，该活动压板沿所述上底板开口上下滑动；

所述盒体的右立板上开有突出口，该突出口处设置有滑门，当滑门关闭时，该滑门密封住所述突出口。

滑门由汽缸控制，可以实现突出口的快速打开，便于煤与瓦斯突出试验。

所述盒体的上底板开口与活动压板的结合面上设置有橡胶密封圈。

在所述盒体下底板的上端面开有凹槽，该凹槽开有进气孔与外界相通，所述凹槽内安装金属泡沫，所述金属泡沫内网状分布有毛细通孔，毛细通孔使所述进气孔与盒体内腔空气相通；