[发明专利]一种破碎煤岩体压实-声发射-电阻率实验装置及方法

说明书

本发明一种破碎煤岩体压实‑声发射‑电阻率实验装置及方法，属于破碎煤岩体实验技术领域；提供了一种专门适用于破碎煤岩体的声发射‑电阻率测试装置及实验方法，探究破碎煤岩体声发射计数‑声发射能量‑应力应变曲线‑电阻率的对应关系及内部破裂的时空演化关系；解决该技术问题采用的技术方案为：实验装置包括缸筒，缸筒为透明材料制成，缸筒设置在底座上，缸筒的上方设有压盖，压盖的中心处设有通孔，推头从通孔内穿过，推头下方与推板连接，推头和推板上设有与缸筒内部相连通的第一电导线孔；缸筒的内壁上设有多个声发射探头；底座上设有与缸筒相连通第二电导线孔；缸筒的底部和推板的下方均设有铜电极板。

技术领域

本发明一种破碎煤岩体压实-声发射-电阻率实验装置及方法，属于破碎煤岩体实验技术领域。

背景技术

破碎岩体是一种广泛存在于交通、水利、地下建筑以及地下资源开采中的完全破碎岩体。相关工程实践表明，破碎后的岩石往往作为煤矿井下开采中水和瓦斯气体的渗流的主要通道，矿井突水、煤与瓦斯突出事故在破碎岩体中发生的概率是完整煤岩体中的数倍。

与完整、致密岩体相比，采矿中采空区的破断覆岩形成堆积破碎煤岩体中留有大量空隙，包括有孔隙、裂隙及破碎颗粒块体间的空隙等，这些存在的空隙为水体、瓦斯等有害气体的富集及运移提供了大量空间。在采矿活动中，覆岩不断地发生破断并逐渐压实采空区垮落带堆积的破碎煤岩体，由于采空区的不可接近，这使得破碎煤岩体的原位实验研究较难进行。国内外实验室开展了一系列颗粒材料的室内压缩实验以此模拟采空区破碎煤岩体力学行为，研究结果表明，采空区破碎煤岩体在轴向荷载作用下应力应变曲线具有明显的分阶段性且压缩后期表现出应变硬化特性。当前对不同种类破碎煤岩体压实变形特性的研究相对较多，然而目前的研究大多停留在对破碎煤岩体强度和变形特性的宏观层面，对于不同类型、不同颗粒粒径破碎煤岩体压实过程中内部颗粒压密、压实以及颗粒在承压作用下再次破碎的内部微观破裂表征和该过程中煤岩体电阻率动态演化规律方面的研究尚属空白。

与传统孔隙、裂隙煤岩体相比，破碎煤岩体具有两点明显的差异性：其一，破碎煤岩体是内部不存在固结力的承压散体，其变形能力远远大于孔隙、裂隙介质，声发射、电阻率测试方法不可直接照搬上述多孔介质测试方法；其二，破碎煤岩体承压过程中其内部多孔结构会发生更大程度变化，因此破碎煤岩体承压过程中内部波速会发生明显变化，如果仅将初始试样波速及初始试样长度作为声发射破裂定位的固定参数势必导致内部破裂定位的不准确。

发明内容

本发明一种破碎煤岩体压实-声发射-电阻率实验装置及方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种适用于破碎煤岩多孔介质的声发射-电阻率测试及实验方法，探究破碎煤岩体声发射计数-声发射能量-应力应变曲线-电阻率的对应关系；探究破碎煤岩体压实过程中其电阻率随应力应变曲线及煤岩体声发射能量的变化情况；实现破碎煤岩体压实过程可视化，揭示其压实过程在内部破裂时空演化规律。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种破碎煤岩体压实-声发射-电阻率实验装置，用在粒度为20mm以下的破碎煤岩体，所述实验装置包括缸筒，缸筒为透明材料制成，缸筒设置在底座上，缸筒的上方设有压盖，压盖的中心处设有通孔，推头从通孔内穿过，推头下方与推板连接，推头和推板上设有与缸筒内部相连通的第一电导线孔；缸筒的内壁上设有四个声发射探头，在缸筒的侧壁下部设有透气孔；底座上设有第二电导线孔；底座的上方和推板的下方均设有中间带孔的绝缘片和铜电极板，导线可由铜电极板穿越绝缘片与电阻率测试仪相连。

进一步，所述缸筒的材料为透明有机玻璃；所述压盖、推头、推板和底座均为钢制材料；所述绝缘片为环氧玻璃纤维板材质。

进一步，所述压盖和所述底座的纵截面为台阶型，所述缸筒与所述压盖通过螺栓固定连接，所述缸筒与所述底座通过螺栓固定连接。

进一步，所述铜电极板与所述绝缘片利用黏胶粘合，所述绝缘片与所述推板及所述底座之间利用黏胶粘合。