一种承压岩石破坏失稳过程与动态渗透特性试验装置及方法，利用大尺寸承压岩石渗透性试验装置，通过承压岩石破坏失稳过程中应力应变信号、声发射信号和视电阻率信号的采集与处理，得到大尺寸承压岩石破坏失稳过程中的应力应变关系、声发射事件数量、位置及承压水渗透导升引起的岩石视电阻率变化规律，获得水-力耦合作用下岩石破坏过程中裂隙扩展、贯通与失稳的动态演化规律及其与之相对应的动态渗透特性。研究岩石水-力耦合破坏机理与承压渗透特性，水-力耦合作用下岩石的变形与强度特性、裂隙扩展贯通与破坏特征及承压水在裂隙扩展-贯通-破坏过程中的渗透性演化规律。在实现承压水上安全带压开采方面具有重要的工程价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术设及承压岩石渗透性试验领域，特别设及一种大尺寸承压岩石破坏失稳过 程与动态渗透特性试验装置及方法。
技术介绍
煤层底板突水是我国煤矿水害的主要形式，尤其是华北型煤田，底板突水引起的 矿井水害普遍且突出。目前，我国重要煤炭产地的60%的矿井不同程度地受到底板岩溶承 压水的威胁，受水害面积和严重程度均居世界采煤国家首位。近年来，随着开采深度不断增 加，地应力呈非线性增加趋势，深部开采处于高一扰动"的复杂环境，采掘工作面底板承 受的水压、地压越来越大，地质构造环境越来越复杂，使得底板突水问题更为严重。有效遏 制底板水害的发生，已成为众多矿井所共同面对的热点问题和技术难题。 目前，受底板岩溶承压水严重威胁矿区的煤层开采主要采用"深降强排"和"带压 开采"两种方法。带压开采符合科学开采的理念，但其在技术上难度较大，能否安全带压开 采，关键取决于煤层底板隔水层的阻水能力。工作面回采过程中会对隔水层中的应力状态 产生较大的扰动和影响，在采动应力、承压水渗透力和地应力禪合作用下，底板隔水层内不 连续结构面会进一步扩展、贯通直至屈服破坏，使得底板隔水层的渗透性明显改变，进而形 成突水通道，诱发工作面底板突水。因此，有必要开展承压底板隔水层的变形、破坏与渗透 性演化的相关关系研究，该将有助于揭示煤层底板突水机理，为底板突水预测和防治提供 重要的理论依据和工程价值。 对于处于复杂应力-渗流禪合环境下的煤层底板岩层，应力状态的改变往往导致 底板隔水层破坏过程中裂隙扩展、贯通形成导水通道，诱发底板突水。大量研究表明，底板 隔水层的渗透特性与岩层裂隙萌生、扩展、贯通过程密切相关。目前，在岩石力学特性和岩 石裂隙扩展、贯通、破坏机理W及岩石渗流应力禪合特性的理论、数值和试验研究方面均取 得了丰富的研究成果，所设及的岩石有砂岩、泥岩、煤岩、盐岩、大理岩、花岗岩等。但由于受 实验设备及试验岩样尺寸的限制，在反映岩石变形破坏过程与渗透性演化内在相关关系方 面的研究尚处在起步阶段，缺乏系统的理论与试验研究成果。因此，迫切需要采用全新实验 来开展岩体破坏过程与渗透性演化方面的研究工作，建立紧密反映岩体水-力禪合破坏机 理与承压渗透特性方面的理论、试验装置及测试方法，深入开展岩石水-力禪合破坏机理 与承压渗透特性相关方面的研究工作，阐明岩石水-力禪合变形破坏过程与渗透性演化规 律的关系，为预测和防治煤层底板突水提供重要的理论和实验依据，实现承压水上煤层安 全带压开采。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种大尺寸承压岩石破 坏失稳过程与动态渗透特性试验装置及测试方法。 为达到上述目的，本专利技术的技术方案为：一种承压岩石破坏失稳过程与动态渗透特性试验装置，其由围压加载模块、试样 存放及出水模块、承压水加载模块及信号采集与处理系统组成，围压加载模块包裹试样存 放及出水模块对其加载围压，承压水加载模块位于试样存放及出水模块底部，进行承压水 的加载与卸载，信号采集与处理系统在整个实验过程中进行信号采集分析；[000引其中，围压加载模块由围压缸、橡胶筒、端盖、端盖密封环、下密封环、限位卡环、限 位卡环螺钉、防油胶带、上密封环、密封定位压饭、压饭固定螺钉、高压油管、高压油表、围压 稳压装置、注油阀、高压油累、油箱、排油卸压阀、第一=通阀、围压腔排气阀组成；所述橡胶 筒与所述围压缸构成环形围压腔，利用下密封环、限位卡环、限位卡环螺钉、防油胶带、上密 封环、密封定位压饭、压饭固定螺钉对环形围压腔进行密封与防油处理；所述端盖与围压 缸相匹配，并利用端盖、端盖密封环、内六角螺钉对围压缸进行密封；所述高压油管一端与 所述环形围压腔内部连通，管路上依次设置高压油表、围压稳压装置、注油阀、高压油累、油 箱；所述围压稳压装置与所述注油阀之间，通过第一=通阀连接所述排油卸压阀，并与所述 油箱相接，通过排油卸压阀排出环形围压腔内高压油体W卸载围压；所述围压腔排气阀与 所述环形围压腔内部连接，围压加载过程中，通过围压腔排气阀排出环形围压腔内残存气 体； 试样存放及出水模块由试样存放腔、承压多孔透水钢篇、承压轴、压头、密封圈、出 水管、流量传感器、贬水槽组成；将加工好的大尺寸岩石试样放置在试样存放腔内，试样存 放腔的底部设有承压多孔透水钢篇、试样存放腔的顶部为压头；所述承压多孔透水钢篇放 置在围压缸底部的凸台肩部上，其尺寸与凸台肩部、突起高度相匹配；所述压头与所述承压 轴为一整体，承压轴穿过端盖深入试样存放腔中，并通过压头压住岩石试样顶部，岩石压力 试验机通过承压轴传递载荷对岩石试样进行加卸载，压头与试样存放腔之间的径向间隙利 用密封圈进行密封处理； 承压水加载模块由承压水存贬槽、高压水管、高压水表、承压稳压装置、注水阀、柱 塞计量式高压水累、水箱、第二=通阀、排水卸压阀、承压水存贬槽排气阀组成；所述承压水 存贬槽内的承压水通过承压多孔透水钢篇作用在试样存放腔内的岩石试样底部，对其施加 一定的承压水压；所述高压水管一端与所述承压水存贬槽内部连接，管路上依次设置有高 压水表、承压稳压装置、注水阀、柱塞计量式高压水累、水箱；所述承压稳压装置与所述注水 阀之间，通过第二=通阀连接所述排水卸压阀，并与所述水箱连接，通过排水卸压阀排出承 压水存贬槽内高压水体W卸载承压水；所述承压水存贬槽排气阀与所述承压水存贬槽内部 连接，承压水加载过程中，通过承压水存贬槽排气阀排出承压水存贬槽内残存气体； 信号义集与处理系统由岩石压力加载与控制系统、应变义集与处理系统、声发射 信号采集与处理系统、视电阻率信号采集与处理系统四部分组成；岩石压力加载与控制系 统包括YAW型电液伺服压力试验机、带有化werTestV3. 3加载与控制的PC机；应变采集与 处理系统包括电阻应变片、第一弹性橡胶圈、数据传输导线、LB-IV型多通道数字应变仪、 带有应力应变数据采集与处理的PC机；电阻应变片利用数据传输导线与试验装置上部侧 面的电阻应变片导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到应变数据采集与处理系 统，从而获得承压岩石破坏失稳过程中应力应变演化规律；声发射信号采集与处理系统包 括耐压声发射接收探头、探头抗压防护罩、第二弹性橡胶圈、信号传输导线、DS5-16B型全 信息声发射信号分析仪、声发射信号采集与处理的PC机；声发射接收探头利用信号传输 导线与试验装置上部侧面的声发射探头导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到 声发射信号采集与处理系统，从而获得承压岩石破坏失稳过程中声发射事件数量、位置，确 定承压岩石破坏失稳过程的演化规律；视电阻率信号采集与处理系统包括铜片电极、电极 抗压防护罩、第S弹性橡胶圈、铜质漆包信号传输导线、W抓型网络并行电法仪、SU计er或 illustrator软件辅助绘图的PC机，铜片电极利用铜质漆包信号传输导线与试验装置上部 侧面的铜片电极导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到视电阻率信号采集与处 理系统，从而获得承压岩石破坏失稳过程中视电阻率信号，确定承压岩石破坏失稳过程中 渗透性演化规律。 进一步的，所述试验装置，除高压油管、高压水管、出水管、密封圈等辅助配件外， 均由具有一定刚度和强度的45号钢铸造加工而成，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种承压岩石破坏失稳过程与动态渗透特性试验装置，其特征在于，其由围压加载模块、试样存放及出水模块、承压水加载模块及信号采集与处理系统组成，围压加载模块包裹试样存放及出水模块对其加载围压，承压水加载模块位于试样存放及出水模块底部，进行承压水的加载与卸载，信号采集与处理系统在整个实验过程中进行信号采集分析；其中，围压加载模块由围压缸、橡胶筒、端盖、端盖密封环、下密封环、限位卡环、限位卡环螺钉、防油胶带、上密封环、密封定位压钣、压钣固定螺钉、高压油管、高压油表、围压稳压装置、注油阀、高压油泵、油箱、排油卸压阀、第一三通阀、围压腔排气阀组成；所述橡胶筒与所述围压缸构成环形围压腔，利用下密封环、限位卡环、限位卡环螺钉、防油胶带、上密封环、密封定位压钣、压钣固定螺钉对环形围压腔进行密封与防油处理；所述端盖与围压缸相匹配，并利用端盖、端盖密封环、内六角螺钉对围压缸进行密封；所述高压油管一端与所述环形围压腔内部连通，管路上依次设置高压油表、围压稳压装置、注油阀、高压油泵、油箱；所述围压稳压装置与所述注油阀之间，通过第一三通阀连接所述排油卸压阀，并与所述油箱相接，通过排油卸压阀排出环形围压腔内高压油体以卸载围压；所述围压腔排气阀与所述环形围压腔内部连接，围压加载过程中，通过围压腔排气阀排出环形围压腔内残存气体；试样存放及出水模块由试样存放腔、承压多孔透水钢篦、承压轴、压头、密封圈、出水管、流量传感器、贮水槽组成；将加工好的大尺寸岩石试样放置在试样存放腔内，试样存放腔的底部设有承压多孔透水钢篦、试样存放腔的顶部为压头；所述承压多孔透水钢篦放置在围压缸底部的凸台肩部上，其尺寸与凸台肩部、突起高度相匹配；所述压头与所述承压轴为一整体，承压轴穿过端盖深入试样存放腔中，并通过压头压住岩石试样顶部，岩石压力试验机通过承压轴传递载荷对岩石试样进行加卸载，压头与试样存放腔之间的径向间隙利用密封圈进行密封处理；承压水加载模块由承压水存贮槽、高压水管、高压水表、承压稳压装置、注水阀、柱塞计量式高压水泵、水箱、第二三通阀、排水卸压阀、承压水存贮槽排气阀组成；所述承压水存贮槽内的承压水通过承压多孔透水钢篦作用在试样存放腔内的岩石试样底部，对其施加一定的承压水压；所述高压水管一端与所述承压水存贮槽内部连接，管路上依次设置有高压水表、承压稳压装置、注水阀、柱塞计量式高压水泵、水箱；所述承压稳压装置与所述注水阀之间，通过第二三通阀连接所述排水卸压阀，并与所述水箱连接，通过排水卸压阀排出承压水存贮槽内高压水体以卸载承压水；所述承压水存贮槽排气阀与所述承压水存贮槽内部连接，承压水加载过程中，通过承压水存贮槽排气阀排出承压水存贮槽内残存气体；信号采集与处理系统由岩石压力加载与控制系统、应变采集与处理系统、声发射信号采集与处理系统、视电阻率信号采集与处理系统四部分组成；岩石压力加载与控制系统包括YAW型电液伺服压力试验机、带有PowerTestV3.3加载与控制的PC机；应变采集与处理系统包括电阻应变片、第一弹性橡胶圈、数据传输导线、LB‑IV型多通道数字应变仪、带有应力应变数据采集与处理的PC机；电阻应变片利用数据传输导线与试验装置上部侧面的电阻应变片导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到应变数据采集与处理系统，从而获得承压岩石破坏失稳过程中应力应变演化规律；声发射信号采集与处理系统包括耐压声发射接收探头、探头抗压防护罩、第二弹性橡胶圈、信号传输导线、DS5‑16B型全信息声发射信号分析仪、声发射信号采集与处理的PC机；声发射接收探头利用信号传输导线与试验装置上部侧面的声发射探头导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到声发射信号采集与处理系统，从而获得承压岩石破坏失稳过程中声发射事件数量、位置，确定承压岩石破坏失稳过程的演化规律；视电阻率信号采集与处理系统包括铜片电极、电极抗压防护罩、第三弹性橡胶圈、铜质漆包信号传输导线、WBD型网络并行电法仪、surfer或illustrator软件辅助绘图的PC机，铜片电极利用铜质漆包信号传输导线与试验装置上部侧面的铜片电极导线转接口相连，并通过相应的导线转接口连接到视电阻率信号采集与处理系统，从而获得承压岩石破坏失稳过程中视电阻率信号，确定承压岩石破坏失稳过程中渗透性演化规律。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙建，马衍坤，成云海，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34
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