[发明专利]一种可瞬时卸载的真三轴煤岩体固流耦合实验装置

说明书

本发明属于岩石力学模拟装置技术领域，具体涉及一种可瞬时卸载的真三轴煤岩体固流耦合实验装置。所述装置包括：密封腔体、轴压单元、围压单元、气体单元以及可瞬时卸载装置；本发明通过在真三轴试验机基础上加入气体单元，通过开关阀门对三个应力方向上的瓦斯渗流速度进行单独测试，也可对瞬时卸载试样失稳破坏时的瓦斯涌出进行测试，更好地模拟煤矿深部开采时高应力高瓦斯的矿井回采过程，从而研究动力灾害机理；很好地解决了现有的三轴试验系统缺少瞬时卸载装置，无法模拟动态瞬时卸载这一触发条件，从而不能全程再现煤岩瓦斯动力灾害的演化过程等问题。

技术领域

本发明属于岩石力学模拟装置技术领域，具体涉及一种可瞬时卸载的真三轴煤岩体固流耦合实验装置。

背景技术

本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，随着能源需求量的增加，国内矿山相继进入深部开采，我国煤炭开采的深度以每年10～25m的速度递增，许多矿井采深已达800～1000m，全国50余对矿井深度超过1000m。开采深度的增加带来了井下应力和瓦斯环境的巨大变化，最突出的是高应力和高瓦斯压力共存的现象越来越多。在此复杂环境下，煤与瓦斯突出(压出)、冲击地压等煤岩瓦斯动力灾害发生频次和强度均呈上升趋势，这对研究煤岩瓦斯动力灾害的发生机理及防治技术措施提出了更高的要求。

煤岩瓦斯动力灾害多发生于采掘作业区域，受采掘扰动引起的应力、瓦斯和煤体性质等因素的变化所影响。采掘扰动的本质是采掘推进方向应力卸载造成三向应力发生静态加卸载变化，煤层局部储存较高的弹性能和瓦斯潜能，形成高储能区域，这是煤岩瓦斯动力灾害发生的内在原因。在正常生产过程中，卸压破碎区的煤体能够为高储能区域提供一道“屏障”，阻止应力和瓦斯压力的突然释放。然而，当“屏障”提供的应力发生瞬时卸载时，短时间内造成动态应力变化，导致能量快速释放，这是发生煤岩瓦斯动力灾害的外在原因。

本发明认为：目前，尽管实验室试验能够部分重现煤岩瓦斯动力灾害的发生过程，但这些试验系统主要是针对煤岩试样的静态变形破坏、或在静态受力条件下施加动力扰动等情况，难以模拟动态瞬时卸载和静态加卸载共同作用的过程；同时，在假三轴或真三轴条件下进行的试样模拟破坏为强度破坏，与现场煤岩瓦斯动力灾害发生时的失稳破坏存在较大区别，因此，现有的实验室试验系统无法分析试样失稳后的特性。

发明内容

现有的三轴试验系统缺少瞬时卸载装置，无法模拟动态瞬时卸载这一煤岩瓦斯动力灾害的触发条件，从而不能全程再现煤岩瓦斯动力灾害的发生发展过程。同时，煤岩体破坏后碎屑飞出运动消耗了能量，观测破坏煤岩体的运动轨迹对于分析其消耗动能具有重要帮助。针对上述问题，本发明旨在提供一种可瞬时卸载的真三轴煤岩体固流耦合实验装置。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

本发明的第一目的：提供一种用于真三轴煤岩体固流耦合实验的可瞬时卸载装置，包括：刚性管道、加载杆、加载板、加载板复位装置、磁铁、第一滑轮、垫块、右压头、第二滑轮、侧向油泵、加载杆复位装置和固定杆。

所述刚性管道的一端端部开设有供加载杆穿过的通孔，刚性管道的另一端为开口状，所述加载杆的一端穿过该通孔后与刚性管道内的加载板连接，所述加载板与刚性管道的内壁接触，且加载板能够随着加载杆的运动而在刚性管道内滑动。例如，可以通过焊接、螺接等方式将加载杆与加载板连接在一起。

所述加载板复位装置位于刚性管道内，且加载板复位装置的一端与加载板连接，另一端与刚性管道的开设有所述通孔的端部的内壁连接，所述加载板复位装置的主要作用是卸除通过加载杆施加在加载板上的挤压力后，及时将加载板拉回，保证加载板与被挤压的煤样脱离接触；进一步地，所述加载板复位装置的数量为偶数，且以加载杆为轴，对称分布，以保证加载板复位时的平衡性。