[发明专利]一种高压矿井水-岩（煤）耦合作用的试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种高压矿井水‑岩（煤）耦合作用的试验装置及方法，属于矿井安全和压力监测技术领域。本发明包括水压监测系统、水压加载装置和压力罐体。实验时，首先将试样岩（煤）样放置在压力罐体内，打开出水口处球阀与进水口处球阀，控制加压泵将不同水质的矿井水溶液注入到罐体中，等出水口有水流出时关闭出水口处球阀，继续加压待数值达到试验压力时，关闭进水处球阀。直至岩（煤）样耦合作用时间达到试验要求时，打开出水口球阀泄压后取出试验岩（煤）样，进行后续测试。本发明能够模拟矿井开采后煤岩体受到的高压矿井水环境，结合岩石力学物理力学实验与结构稳定性分析，对评价矿井留设的煤柱煤柱在矿井水长时间浸泡作用下失稳破坏机理具有指导意义。

技术领域

本发明涉及一种高压矿井水-岩（煤）耦合作用的试验装置及方法，属于矿井安全和压力监测技术领域。

背景技术

目前，煤矿采空区突水水害事故时有发生，采空区突水具有突发性、初始水量大、危害性高防治难度大的特点，而防隔水煤柱作为抑制突水的唯一介质，一旦采空区积水突破防水煤柱就会造成严重的水害事故，其安全稳定性尤为重要。防水煤柱不仅要受到围岩应力、构造以及采动扰动的影响，而且还要受到采空区高压、酸性矿井水对煤柱产生的浸水弱化作用。水岩耦合作用下岩体的强度弱化破坏以及稳定性已成为科研与工程领域共同关注的问题。

但是，现有室内试验在完成水岩（煤）耦合作用下岩样强度力学破坏试验研究时，没有考虑水岩（煤）耦合作用时水质与耦合作用时间对试验的影响，已致不能全面的掌握高压、酸性矿井水与岩（煤）样水长时间耦合作用下岩石强度的软化破坏规律（例如，中国专利106404519 A公开了一种用于岩石冲击-静力-水力耦合劈裂拉伸试验装置及实验方法）。为更好的研究高压力、酸性矿井水水环境对煤岩强度所产生的弱化规律，亟需一种新型的高压矿井水-岩（煤）耦合作用的试验装置和方法来开展相应的基础理论研究。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足之处，本发明提供一种高压矿井水-岩（煤）耦合作用的试验装置及方法，能够模拟矿井开采后煤岩体受到的高压、酸性矿井水环境对岩（煤）的侵蚀、弱化过程，结合岩石力学物理力学实验与结构稳定性分析，对评价矿井留设的煤柱煤柱在矿井水长时间浸泡作用下失稳破坏机理具有指导意义。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种高压矿井水-岩耦合作用的试验装置，包括水压加载装置、压力罐体和压力监测系统；所述的水压加载装置包括加压泵和软管，加压泵包括与加压泵输入端连接的水箱，软管上装有控制水流向压力罐体单向流动的单向阀，所述软管的一端连接所述压泵的输出端，软管的另一端连接压力球阀；所述的压力罐体包括用于放置煤岩试件的罐体主体，罐体主体上端装有法兰盘以及与法兰盘以可拆方式密封连接的法兰盘盲板，法兰盘盲板上设置有出水口、压力表接口和安全阀接口，所述出水口连接有排气球阀，所述罐体主体的侧部设有进水口，进水口上安装所述压力球阀；

所述压力监测系统包括智能压力记录仪、计算机和安全阀，所述智能压力记录仪连接在所述压力表接口上，智能压力记录仪与计算机连接，所述安全阀连接在所述安全阀接口上。

进一步，所述法兰盘与法兰盘盲板之间通过多个固定螺母连接固定，法兰盘与法兰盘盲板之间装有密封胶垫。

进一步，所述加压泵是手动加压泵。

进一步，所述罐体主体下端装有多个万向轮。

进一步，所述罐体主体是直径为320mm、高350mm的圆柱体，罐体主体由厚度为2.5mm的钢板制成，罐体主体底部采用相同厚度的圆形钢板密封焊接，所述法兰盘焊接在罐体主体顶部，法兰盘内径与罐体直径相同。

进一步，所述进水口、出水口、压力表接口和安全阀接口均为直径20mm的圆管接头。

一种利用所述高压矿井水-岩耦合作用的试验装置进行试验的方法，包括如下步骤：

步骤1、将煤岩试件摆放在压力罐体的罐体主体内，然后采用固定螺母将法兰盘与法兰盘盲板连接固定，形成密封罐体空间；