[发明专利]一种非对称荷载软岩蠕变-渗流试验装置与试验方法

说明书

一种非对称荷载软岩蠕变‑渗流试验装置与试验方法，属于煤岩体力学技术领域，可解决现有技术难以实现非对称荷载煤岩蠕变‑渗流耦合试验，包括非对称荷载蠕变施加装置、围压加载装置、瓦斯压力加载装置和监测装置，本发明创新性的借助双杠杆原理实现煤岩试样恒定非对称荷载施加，可开展煤岩蠕变‑渗流耦合试验，弥补了现有研究中非对称荷载蠕变‑渗流耦合试验装置的空白。

技术领域

本发明属于煤岩体力学技术领域，具体涉及一种非对称荷载软岩蠕变-渗流试验装置与试验方法。

背景技术

瓦斯抽采实践表明，受蠕变-渗流耦合影响，同一煤层钻孔在浅部可长时间抽采高浓度瓦斯，但到深部瓦斯抽采浓度会很快降低到5%以下。深部开采瓦斯高效抽采的实现离不开抽采钻孔周边煤体蠕变-渗流规律的研究。受开挖工程的影响，煤层常受到非对称荷载的作用，非对称荷载可能会加速瓦斯抽采钻孔的蠕变变形，导致抽采钻孔在未充分发挥作用之前即失效，难以实现瓦斯的高效抽采。目前，针对非对称荷载作用下煤体蠕变-渗流耦合规律方面的研究鲜见报道，究其原因是非对称荷载蠕变-渗流耦合试验装置的缺失。

发明内容

本发明针对现有技术难以实现非对称荷载煤岩蠕变-渗流耦合试验，提供一种非对称荷载软岩蠕变-渗流试验装置与方法，该试验机具有成本低、操作方便、可长时间稳定的对煤岩试样施加非对称蠕变应力。

本发明采用如下技术方案：

一种非对称荷载软岩蠕变-渗流试验装置，包括非对称荷载蠕变施加装置、围压加载装置、瓦斯压力加载装置和监测装置；

所述非对称荷载蠕变施加装置包括支撑底座，支撑底座的两端分别设有支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ，其中，支撑杆Ⅰ的顶端低于支撑杆Ⅱ的顶端，支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ的顶端分别设有传压横梁Ⅰ和传压横梁Ⅱ，传压横梁Ⅰ和传压横梁Ⅱ的一端分别穿过支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ的顶端，分别通过上螺母和下螺母固定，传压横梁Ⅰ和传压横梁Ⅱ的另一端分别铰接有砝码吊盘Ⅰ和砝码吊盘Ⅱ，传压横梁Ⅰ和传压横梁Ⅱ的下方分别通过传压垫块Ⅰ和传压垫块Ⅱ连接有承压杆Ⅰ和承压杆Ⅱ，其中，传压横梁Ⅰ上设有穿孔，支撑杆Ⅱ和承压杆Ⅱ的顶端分别穿过传压横梁Ⅰ的穿孔，承压杆Ⅰ和承压杆Ⅱ的另一端分别连接有承压垫片Ⅰ和承压垫片Ⅱ；

所述围压加载装置包括液压泵和围压腔，围压腔底部与支撑底座连接，围压腔的顶部设有密封盖，围压腔位于支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ之间，液压泵通过进油管与围压腔的底部连接，进油管上依次设有开关、调压阀和压力表Ⅱ，围压腔的底部设有出油管，出油管上设有开关，围压腔内放置煤样；

所述瓦斯压力加载装置包括瓦斯气瓶、气体缓冲箱、微孔板Ⅰ、微孔板Ⅱ、微孔板Ⅲ、承压垫块和热缩管，瓦斯气瓶的出气口和气体缓冲箱的进气口通过进气管连接，微孔板Ⅰ和微孔板Ⅱ分别位于煤样的顶端，分别位于承压垫片Ⅰ和承压垫片Ⅱ的下方，气体缓冲箱的出气口通过进气管伸入围压腔内，位于微孔板Ⅰ和微孔板Ⅱ的上方，微孔板Ⅲ位于煤样的底端，承压垫块位于微孔板Ⅲ的下方，承压垫块位于支撑底座上，微孔板Ⅲ的下方设有出气管，热缩管截面呈倒置U型，承压垫片Ⅰ、承压垫片Ⅱ、微孔板Ⅰ、微孔板Ⅱ、微孔板Ⅲ和煤样位于热缩管内，热缩管的底部与承压垫块相交，瓦斯气瓶和气体缓冲箱的进气管上依次设有开关Ⅰ、调压阀、减压阀、开关Ⅱ和压力表Ⅰ，出气管上依次设有压力表、开关和流量计；

所述监测装置包括传感器和数据采集器，传感器通过耦合剂与热缩管黏贴，传感器通过导线与数据采集器连接，导线从支撑底座的底部穿过。

进一步地，所述支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ的一端分别与支撑底座通过螺纹连接。

进一步地，所述承压杆Ⅰ和承压杆Ⅱ与承压垫片Ⅰ和承压垫片Ⅱ分别通过螺纹连接。

进一步地，所述支撑杆Ⅰ和支撑杆Ⅱ分别包括支撑连接杆Ⅰ和支撑连接杆Ⅱ，支撑连接杆Ⅰ的一端和支撑连接杆Ⅱ的一端铰接。

进一步地，所述承压杆Ⅰ和承压杆Ⅱ分别包括承压连接杆Ⅰ和承压连接杆Ⅱ，承压连接杆Ⅰ的一端和承压连接杆Ⅱ的一端铰接。