[发明专利]高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏试验装置及方法

说明书

本发明公开一种高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏的试验装置及方法，该装置包括透明高压仓，管道Ⅲ用多个脆性封闭薄片封闭；透明高压仓里放置有试件台，试件台上放置有气体饱和的空心圆柱岩石试件；空心圆柱内部连有管道Ⅱ伸出高压仓连接气压动态传感器Ⅱ，以测量空心圆柱内部气压状况；透明高压仓内部通过管道Ⅰ连有气压动态传感器Ⅰ，以测量透明密封高压仓内气压；透明密封高压仓外壁贴有应变片与应力波传感器相连，以测量透明密封高压仓内应力波情况。多个进气管分别接入高压仓内部和脆性薄片之间。该试验装置实施性强，操作方便，用多个脆性薄片爆破来模拟快速卸压，自动爆破卸压除去了人为因素对快速卸压过程时间的影响。

技术领域

本发明属于岩石力学试验技术领域，具体涉及一种高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏的试验装置及方法。

背景技术

在我国深部地下能源和资源开发利用领域中，开采深度越来越大。而在深部地下环境中，岩石中往往含有高压气体，在大型机械开挖突然卸压的过程中，高强度岩爆动力灾害频繁爆发。如煤层（煤属于岩石的一种，下文统称为岩石，不在赘述）中含有高压瓦斯时，突然卸压时，就有可能造成煤与瓦斯突出，灾害爆发的巨大能量能够摧毁设备，造成经济损失，也会导致人员的伤亡。实验室内进行岩爆物理模拟试验是认识岩爆灾害机理的极为重要的手段，岩爆是一个极为迅速的过程，这与高孔隙压力的突然快速卸压有着极为密切的关系。那么如何模拟高孔隙压力的快速卸压过程便有了十分重要的意义。

目前，国内外所用的方法一般是向含有岩石的密闭容器内充入高压气体，待岩石吸附平衡后，突然打开容器的突出口，以此来模拟相关情况的发生。但是，现有的研究所用的模拟装置需要手动打开，而手动打开突出口的速度会影响到岩石破裂的时间及能量变化规律。且没有模拟出卸压过程中有多个弱面破坏的能量和应力波变化对内部岩石破坏的影响，不能更加精确的模拟高孔隙压力快速卸压对岩石破坏的影响。

发明内容

本发明目的是提出一种能同时考虑快速卸压和卸压破坏过程中多次冲击波对岩石破坏影响的试验装置及方法，以更好的模拟岩石破坏的条件。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏试验装置，包括透明高压密封仓，所述透明高压密封仓内底部固定设有试件台，所述试件台上放置空心圆柱试件，所述试件台内穿过管道Ⅱ并伸入空心圆柱试件内，所述管道Ⅱ密封穿出透明高压密封仓后与气压动态传感器Ⅱ连接，所述气压动态传感器Ⅱ连接计算机；所述透明高压密封仓侧壁连接管道Ⅰ，所述管道Ⅰ连接气压动态传感器Ⅰ，所述气压动态传感器Ⅰ连接计算机；所述透明高压密封仓外侧壁贴压变片，所述压变片连接应力波传感器，所述应力波传感器连接计算机；所述透明高压密封仓上部密封穿过管道Ⅲ，所述管道Ⅲ下端伸入空心圆柱试件内、其上端连接高压仓，所述高压仓设有阀门；所述管道Ⅲ内设有多层脆性封闭薄片；所述透明高压密封仓和高压仓分别通过进气管连通高压气源，所述管道Ⅲ内由相邻脆性封闭薄片构成的空间分别通过进气管连通高压气源。

使用时，透明密封高压仓内设置有试件台，试件台上放置有空心圆柱岩石试件，岩石试件内部空心下部伸出管道Ⅱ穿出透明密封高压仓外部与气压动态传感器Ⅱ相连，以测量空心圆柱内部气压状况，空心圆柱试件内部空心上部由管道Ⅲ与另一个带有阀门开关的高压仓相连，管道Ⅲ内部有预留搭接台，管道Ⅲ内部由n个脆性薄片密封，n个薄片每两个薄片之间都有进气管与供气设备连接，n个脆性封闭薄片的存在方式为用密封胶与管道内预留搭接台相连，与管道构成封闭空间；另一个高压仓也设置有进气管与供气设备相连，防止在正式试验前脆性薄片因为压差而破坏。透明高压密封仓右侧设置有进气管与供气设备相连，左侧设置有管道Ⅰ连接气压动态传感器Ⅰ，以测量密封仓内气压情况，在密封高压仓外侧壁贴有应变片连接应力波传感器，以记录高压仓内应力波变化情况；两个气压动态传感器和应力波传感器均与计算机相关联，以便实时记录实验数据和进行后期数据分析。

采用本发明对岩石试样进行模拟试验的步骤如下：

1、将空心圆柱试件放在高压仓内部的试验台上。