[发明专利]流固耦合煤岩剪切-渗流试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种试验系统，特别是涉及一种用于测试煤岩剪切渗流试验的系统。

背景技术

在矿井生产过程中，采掘工程破坏了原岩应力场的平衡和原始瓦斯压力的平衡，形成了采掘周围岩体的应力重新分布和瓦斯流动。煤层瓦斯(煤层气)渗透率是反映煤层内瓦斯渗流难易程度的物性参数，也是瓦斯渗流力学与工程的重要参数。因此，煤层瓦斯渗透率或煤层透气系数的测算方法研究是瓦斯渗流力学发展之关键技术，也是煤矿安全工作者研究煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等一系列矿山安全问题的关键入手点。

岩体中存在的孔隙和裂隙等缺陷不但大大改变了岩体的力学性质(变形模量及强度参数降低、岩体呈各向异性)，而且严重影响着岩体的渗透特性。裂隙岩体的渗流场受应力环境的影响，而渗流场的变化反过来又对应力场产生影响，这种相互影响称之为渗流应力耦合。渗流场与应力场相互耦合是岩体力学中的一个重要特性。

现有技术中，通常采用剪切渗流耦合试验系统对煤岩的渗透特性进行研究。但现有的试验系统存在以下问题：1、所应用的应力加载系统多为手动，因此，应力加载过程不能保持匀速，且其精度不能保证，此外，诸如循环荷载等加载形式不能实现；2、在剪切过程中，侧向的隔水薄片会发生较大的变形，势必会抵消一部分的试验力，而对于固定成分的硅胶材料，存在误差；3、渗流从一侧试件一侧进气或进水，从另一侧流出，因此难以反映真实的工况；4、通入试件剪切盒内的瓦斯或水的压力较小，难以反映真实工况；5、各装置安装过程基本上靠手工搬运，不方便操作。

因此本领域技术人员致力于开发一种试验精度更高的流固耦合煤岩剪切-渗流试验装置。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种试验精度更高的流固耦合煤岩剪切-渗流试验装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种流固耦合煤岩剪切-渗流试验装置，包括加载装置和剪切盒；所述加载装置包括机架；所述机架的上部设置竖直液压缸；所述竖直液压缸上设置有竖直压头；所述机架的一侧设置有水平液压缸；所述水平液压缸上设置有水平压头；

所述剪切盒包括彼此固定连接的上盒体和下盒体；所述上盒体和下盒体设置有容纳试件的空腔；

所述机架的中部固定有轨道安装架；所述轨道安装架的左右两侧分别固定有第一导轨和第二导轨；所述第一导轨和第二导轨上分别配合有至少两个滚轮；各所述滚轮与移动座连接；所述剪切盒可置于所述移动座上；

所述上盒体与上盖固定连接；所述下盒体与下盖固定连接；所述下盖与垫板固定连接；

所述上盖中配合有压杆；所述压杆靠近试件的端部螺纹连接有试件压头；所述试件压头靠近试件的端部螺纹配合有试件接头；

所述压杆上设置有沿径向的第一流体孔和沿轴向的第二流体孔；所述第一流体孔的入口设置有第一流体接头；所述第一流体孔和第二流体孔首尾相接；

试件压头和试件接头上贯通设置有与所述第二流体孔同心的第三流体孔和第四流体孔；

所述下盒体面向上盒体的端面设置有第一密封圈；所述下盒体在第一密封圈的内侧设置有流体环道；所述下盒体在左右两侧分别设置有与所述流体环道相通的第二流体接头和第三流体接头。

为便于准确调整剪切盒的准确位置，所述移动座上设置有由若干第一辊子构成的第一滚道；所述机架在所述水平压头的对面螺纹配合有调节杆；所述调节杆相对机架的外侧与手轮连接，内侧固定有调节压头。

为减小剪切变形时上下剪切盒体之间的摩擦力，所述上盒体前后两侧分别设置有第一凸缘和第二凸缘；所述下盒体前后两侧分别设置有第三凸缘和第四凸缘；

所述上盒体在所述第一凸缘和第二凸缘的两侧分别设置有由若干第二辊子和第三辊子构成的第二滚道和第三滚道；所述第二滚道和第三滚道上设置有夹紧板；

所述下盒体在所述第三凸缘和第四凸缘的内侧分别设置有由若干第四辊子和第五辊子构成的第四滚道和第五滚道；

所述下盒体上矩形分布有四个螺纹孔；所述上盒体对应所述螺纹孔处设置有腰形通孔；

螺栓穿过所述夹紧板和腰形通孔后与所述螺纹孔配合。

较佳的，所述上盒体与所述上盖之间设置有第二密封圈；所述下盒体与所述下盖之间设置有第三密封圈；

所述压杆下端面与试件压头之间设置有第四密封圈；所述试件压头与试件接头的上端面之间设置有第五密封圈；所述试件接头的试件伸入端上设置有至少一个第六密封圈。

本发明的有益效果是：

1、本发明对煤岩试件内部直接充气或充水，更真实的模拟了实际工况，从而提高了试验精度；