[发明专利]一种含瓦斯煤岩真三轴细观力学试验系统

说明书

技术领域

本发明涉及采矿领域，特别是涉及一种真三轴状态下的含瓦斯煤岩细观力学试验系统。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿生产中遇到的一种极为复杂的矿井瓦斯动力现象。近些年来，煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故频发，煤矿瓦斯灾害已严重影响到煤炭工业健康的发展。目前，专家、学者普遍认为煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力及煤岩物理力学性质三者综合作用的结果，因此，开展地应力、瓦斯耦合作用下的煤岩力学特性研究，特别是从细观的角度，对煤岩破坏过程中裂纹的产生、扩展动态过程以及最后破坏状态进行研究，有利于更深入地了解含瓦斯煤岩的物理力学性质，对更科学地揭示煤岩动力现象发生机理及更合理的开发相应灾害防治技术具有重要的理论价值和工程指导意义。

目前，有关含瓦斯煤岩的细观装置相关报道较为少见，比较典型的有中国矿业大学何学秋教授研制的含瓦斯煤变形及破裂动态显微观测系统，以及重庆大学曹树刚教授研制的一种含瓦斯煤岩细观力学试验系统（详见申请号200810070166.5）。前者的加载装置为设置有观测窗口的圆柱形压力缸，用浮法玻璃做窗口材料，将圆柱形煤岩试件的一侧打磨成平面宽度约为10～15mm的平面作为观测平面，观测系统采用可进行左右摆动的长距离高倍显微镜。由于光线显微镜对观测面的要求较高，该装置采用圆柱形试件，观测面范围较小，且显微镜只能进行左右摆动观测，致使观测范围小，不能有效地追踪特定裂纹的破坏过程以及进行一定范围内的定量观测；而且该装置的气体压力较低，与矿山实际差异较大，其观测的可靠性有待进一步提高。后者在试验腔的敞口处固定透明视镜，透明视镜外设置体视显微镜以及CCD摄像机，试件上粘贴声发射传感器并通过测量导线与声发射采集分析仪器相连接。该系统采用动态显微观测和声发射监测相结合的手段，能够全程完整的记录下试件裂纹发育扩展情况以及试件破坏状态，可进行单轴、平面应力、假三轴等受力状态下的试验测试，但是该装置中采用两个液压千斤顶从上方和侧面进行挤压，同时在下方和另一个侧面采用“L”形垫块限位，这种结构无法进行含瓦斯煤岩真三轴状态下的细观试验，且对试验温度的调控并不方便。

综上分析，已有的设备要么对试验环境要求苛刻、与矿山实际差异大、且试验成本高昂、观测手段单一，要么无法进行更贴近煤岩实际受载状态的真三轴试验。总之，目前还缺乏一种有效的、更贴近矿山生产实际的、多种观测方式结合的煤岩真三轴力学试验装置，该装置既可以对含瓦斯煤岩进行单轴、平面应变、真三轴等受力状态下的细观力学试验研究，也能对煤岩体细观特征进行追踪记录和定量观测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在不同瓦斯压力、不同温度、不同受力状态下对煤岩进行真三轴细观力学实验的系统。

本发明的技术方案如下：包括试验装置（1），所述试验装置（1）内开设有具有开口的试验腔（1a），该试验腔（1a）的开口水平朝向试验装置（1）的其中一个侧面，且该试验腔（1a）的开口由透明视镜（2）封闭；所述试验腔（1a）内的下部安装有活动垫块（3），该活动垫块（3）的上表面用于支撑煤岩样品；所述试验腔（1a）的上部和左右两侧均设有活动压块（4），三个所述活动压块（4）和所述活动垫块（3）围成一个四边形框架，且所述活动压块（4）和活动垫块（3）互相错位，上部的活动压块（4）其中一端端头部分压在其相邻的活动压块（4）上端面上，另一端端面抵在其相邻的活动压块（4）的端头上，活动垫块（3）的其中一端端头部分压在其相邻的活动压块（4）下端面下方，另一端的端面抵在其相邻的活动压块（4）的端头上，三个所述活动压块（4）均连接有加载轴（5），三根加载轴（5）的另一端分别从试验腔（1a）的上方和左右两侧伸出试验装置（1）外，三根该加载轴（5）的外端均连接有液压千斤顶（6），三个该液压千斤顶（6）分别安装在试验装置（1）的上方和左右两侧；所述试验腔（1a）内还设置有声发射传感器（7），该声发射传感器（7）用于收集煤岩样品内部破裂产生的声波，且该声发射传感器（7）与测量导线（8）的一端相连，所述测量导线（8）的另一端穿过试验腔（1a）内壁的测量孔与试验装置（1）外的声发射放大器（10）及声发射采集卡（11）依次相连，所述试验装置（1）内还设置有气管（12），该气管（12）的一端与试验腔（1a）相通，另一端并联有高压气瓶（13）和真空泵（14）；所述试验腔（1a）内设置有应变传感器（36），该应变传感器（36）与应变导线（9）的一端相连，所述应变导线（9）的另一端伸出试验装置（1）外与应变仪（35）相连。