动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置制造方法及图纸

一种动‑静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，属于动‑静载荷含瓦斯煤岩破坏测试装置技术领域。所述动‑静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，包括耐压腔体、孔隙流压系统、围压和液压传动系统，所述耐压腔体内设置有上压头和下压头，所述上压头和下压头中间设置煤岩试样，动载压杆的一端穿过法兰盖与上压头连接，另一端穿过第一圆筒形连接件与动载液压油缸的活塞同轴连接，静载压杆的一端穿过法兰盘与下压头连接，另一端与应力传感器的顶部同轴连接。所述动‑静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置建立了三种载荷对煤岩试件力学行为演化与失稳的耦合作用机制，揭示了深部矿井含瓦斯煤岩破坏本源机理。

【技术实现步骤摘要】
动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置
本专利技术涉及动-静载荷含瓦斯煤岩破坏测试装置
，特别涉及一种动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置。
技术介绍
近年来煤炭工业正式进入深部开采阶段，受深部“三高一扰动”作用，冲击地压和煤与瓦斯突出事故规模、发生频率呈现出明显的上升趋势，尤其是兼具冲击地压和煤与瓦斯突出特征的复合动力灾害事故时有发生，而深入分析灾害表征就是深部处于高应力、瓦斯压力环境下的煤体受人类工程扰动诱发的失稳现象。积极开展高应力、瓦斯压力环境下煤体冲击载荷破坏试验，明确受载破坏特征，探索煤体固-气耦合作用力学机制，揭示冲击-突出复合灾害本质，理清受载过程中声发射、电荷信号时空演化规律，提出基于声发射与电荷感应前兆信息的深部煤体失稳综合判定方法对改善深部矿井生产环境，实现深部煤炭资源安全高效开采具有重要的科学意义和工程价值。目前关于煤、岩体冲击载荷作用下的力学行试验装置相对较少，现有的研究主要利用SHBP装置但实验过程复杂，而且在能满足开展不同围压、孔隙流压煤体冲击载荷破坏试验的同时还能对整个受载破坏过程中煤岩损伤演化、声发射、电荷信号实时监测的装置至今仍未见报道。深部冲击-突出复合灾害的孕育发生机制与前兆信号识别、判定方法的建立不仅需要从理论上深入探讨，同时还需要重点开展相应的物理试验研究，因此研制一种操作方便、适用性强，可采集并记录含瓦斯煤体在高围压、冲击载荷作用下破坏过程产生的声发射、电荷感应信号的试验装置是十分必要的。综合现场实测和理论分析，为了使试验装置尽可能真实的反映深部煤体的不同应力状态和工程扰动冲击载荷应力环境，更加充分的采集伴随受载破坏过程产生的声发射与电荷信号，专利技术装置满足以下必要条件：①可开展静力学加载，对煤岩体施加高孔隙流压、轴压和围压以模拟原始受载状态；②可提对煤体供动力学加载，使冲击试验开展简单、方便可行；③具有视窗能观测到整个受载破坏过程；④有合理的采集探头布设方法，具备信号高速采集功能，对声发射与电荷信号充分采集、记录并储存。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，试验装置结构简单、操作方便、参数准确，可在煤岩上施加不同围压、孔隙流压，并具有简单的操作方法对煤体施加冲击载荷，同时可获取破坏过程产生的应力、应变、孔隙流压变化，实时监测并获取煤岩破坏表面裂隙演化特征、声发射与电荷信号时空演化规律，为探索深部冲击-突出复合灾害孕育发展过程，建立基于声发射-电荷信号的深部煤体失稳综合判定方法提供理论依据和工程指导。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术提供了一种动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，包括耐压腔体、孔隙流压系统、围压和液压传动系统；所述耐压腔体内设置有上压头和下压头，所述上压头和所述下压头中间设置煤岩试样，所述耐压腔体的上部设有第一开口，所述第一开口与法兰盖连接，所述法兰盖的顶部与第一圆筒形连接件的底部连接，所述第一圆筒形连接件的顶部与动载液压油缸的外壳连接，所述第一圆筒形连接件内设有动载压杆，所述动载压杆的一端穿过法兰盖与上压头连接，另一端穿过第一圆筒形连接件与动载液压油缸的活塞同轴连接，所述耐压腔体的下部设有第二开口，所述第二开口与法兰盘连接，所述法兰盘设有多个流体密闭传输孔，所述法兰盘底部与第二圆筒形连接件的顶部连接，所述第二圆筒形连接件的底部与静载液压油缸外壳的顶部连接，所述静载液压油缸外壳的底部固设于底座上，所述第二圆筒形连接件内设有静载压杆，所述静载压杆的一端穿过法兰盘与所述下压头连接，另一端与应力传感器的顶部同轴连接，所述应力传感器的底部与静载液压油缸的活塞连接，所述耐压腔体下部的两侧分别与一个举升油缸的顶部连接，所述举升油缸的底部固设于所述底座上，所述耐压腔体中部沿周向设置有多个耐压视窗和多个电极座，所述煤岩试样表面固设有声发射探头，所述声发射探头的数据线经所述流体密闭传输孔导出，并与采集仪连接，所述耐压腔体与所述煤岩试样之间的间隙设置有微电感应极片；所述孔隙流压系统包括第一外部气源、调压阀、压力表和流量计，所述压力表通过管线与所述调压阀连接，同时所述调压阀通过管线与所述第一外部气源连接，所述上压头设置有孔隙流压入口，所述孔隙流压入口通过管线与一个流体密闭传输孔靠近耐压腔体的一端连接，同时所述流体密闭传输孔的另一端通过管线与所述压力表连接，所述下压头设置有孔隙流压出口，所述孔隙流压出口通过管线与另一个流体密闭传输孔靠近所述耐压腔体的一端连接，同时所述流体密闭传输孔的另一端通过管线与所述流量计连接；所述围压由外界气源提供，所述第二外界气源通过流体密闭传输孔充入至所述耐压腔体；所述液压传动系统包括油箱、动载荷油路、静载荷油路和举升油缸加卸载油路，所述油箱设置有电机泵，所述电机泵为所述动载荷油路、静载荷油路和举升油缸加卸载油路提供动力源，所述动载荷油路包括两个囊式蓄能器、第一压力变送器、电磁阀和比例阀，所述比例阀与动载液压油缸连接，所述静载荷油路的伺服阀与所述静载液压油缸连接，所述举升油缸加卸载油路与所述举升油缸连接。所述煤岩试样外部包裹有热塑套。所述耐压腔体与所述法兰盘之间的间隙通过橡胶密封圈密封，所述法兰盘上设有螺纹孔，所述法兰盘与所述耐压腔体螺纹连接。所述上压头与所述动载压杆连接的一端设置第一圆形凹槽，所述动载压杆插接到所述第一圆形凹槽中，所述静载压杆与所述下压头连接的一端设置第二圆形凹槽，所述下压头插接到所述第二圆形凹槽中。所述上压头和所述下压头分别与所述煤岩试样连接的一端的截面同时为方形或者圆形。所述第二圆筒形连接件的一侧设有镂空滑槽，所述静载压杆与梢杆垂直连接，所述梢杆通过所述镂空滑槽与光栅传感器滑动连接。所述耐压视窗为2个，所述电极座为4个。所述声发射探头为6-12个。本专利技术中一种动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置的有益效果是：可更真实的模拟地下煤岩受载应力状态和人类采矿活动诱发的冲击扰动，观测煤岩受载破坏过程，同时对含瓦斯煤岩的环境压力、孔隙流压和冲击载荷三者共同作用下破坏过程中的应力、轴向应变、瓦斯或水压力及破坏过程中的声发射、电荷信号时空演化规律进行监测，明确应力环境、孔隙流压与冲击载荷对煤岩破坏的影响与联系，建立三种载荷对煤岩试件力学行为演化与失稳的耦合作用机制，揭示深部矿井含瓦斯煤岩破坏本源机理，为煤岩体动力灾害防治提供可靠的试验基础。附图说明图1是本专利技术提供的动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置的主视图；图2是本专利技术提供的带有视窗的耐压腔体俯视图；图3是本专利技术提供的法兰盘的剖视图；图4是本专利技术提供的法兰盘的俯视图；图5是本专利技术提供的液压传动系统的示意图。其中，1-耐压腔体，2-法兰盖，3-法兰盘，4-动载液压油缸，5-第一圆筒形连接件，6-动载压杆，7-煤岩试样，8-上压头，9-下压头，10-耐压视窗，11-电极座，12-静载压杆，13-第二圆筒形连接件，14-举升油缸，15-应力传感器，16-静载液压油缸，17-底座，18-微电感应极片，19-流体密闭传输孔，20-油箱，21-动载荷油路，22-静载荷油路，23-举升油缸加卸载油路。具体实施方式为了解决现有技术存在的问题本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动‑静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，其特征在于，包括耐压腔体、孔隙流压系统、围压和液压传动系统；所述耐压腔体内设置有上压头和下压头，所述上压头和所述下压头中间设置煤岩试样，所述耐压腔体的上部设有第一开口，所述第一开口与法兰盖连接，所述法兰盖的顶部与第一圆筒形连接件的底部连接，所述第一圆筒形连接件的顶部与动载液压油缸的外壳连接，所述第一圆筒形连接件内设有动载压杆，所述动载压杆的一端穿过法兰盖与上压头连接，另一端穿过第一圆筒形连接件与动载液压油缸的活塞同轴连接，所述耐压腔体的下部设有第二开口，所述第二开口与法兰盘连接，所述法兰盘设有多个流体密闭传输孔，所述法兰盘底部与第二圆筒形连接件的顶部连接，所述第二圆筒形连接件的底部与静载液压油缸外壳的顶部连接，所述静载液压油缸外壳的底部固设于底座上，所述第二圆筒形连接件内设有静载压杆，所述静载压杆的一端穿过法兰盘与所述下压头连接，另一端与应力传感器的顶部同轴连接，所述应力传感器的底部与静载液压油缸的活塞连接，所述耐压腔体下部的两侧分别与一个举升油缸的顶部连接，所述举升油缸的底部固设于所述底座上，所述耐压腔体中部沿周向设置有多个耐压视窗和多个电极座，所述煤岩试样表面固设有声发射探头，所述声发射探头的数据线经所述流体密闭传输孔导出，并与采集仪连接，所述耐压腔体与所述煤岩试样之间的间隙设置有微电感应极片；所述孔隙流压系统包括第一外部气源、调压阀、压力表和流量计，所述压力表通过管线与所述调压阀连接，同时所述调压阀通过管线与所述第一外部气源连接，所述上压头设置有孔隙流压入口，所述孔隙流压入口通过管线与一个流体密闭传输孔靠近耐压腔体的一端连接，同时所述流体密闭传输孔的另一端通过管线与所述压力表连接，所述下压头设置有孔隙流压出口，所述孔隙流压出口通过管线与另一个流体密闭传输孔靠近所述耐压腔体的一端连接，同时所述流体密闭传输孔的另一端通过管线与所述流量计连接；所述围压由外界气源提供，所述第二外界气源通过流体密闭传输孔充入至所述耐压腔体；所述液压传动系统包括油箱、动载荷油路、静载荷油路和举升油缸加卸载油路，所述油箱设置有电机泵，所述电机泵为所述动载荷油路、静载荷油路和举升油缸加卸载油路提供动力源，所述动载荷油路包括两个囊式蓄能器、第一压力变送器、电磁阀和比例阀，所述比例阀与动载液压油缸连接，所述静载荷油路的伺服阀与所述静载液压油缸连接，所述举升油缸加卸载油路与所述举升油缸连接。...

【技术特征摘要】
1.一种动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，其特征在于，包括耐压腔体、孔隙流压系统、围压和液压传动系统；所述耐压腔体内设置有上压头和下压头，所述上压头和所述下压头中间设置煤岩试样，所述耐压腔体的上部设有第一开口，所述第一开口与法兰盖连接，所述法兰盖的顶部与第一圆筒形连接件的底部连接，所述第一圆筒形连接件的顶部与动载液压油缸的外壳连接，所述第一圆筒形连接件内设有动载压杆，所述动载压杆的一端穿过法兰盖与上压头连接，另一端穿过第一圆筒形连接件与动载液压油缸的活塞同轴连接，所述耐压腔体的下部设有第二开口，所述第二开口与法兰盘连接，所述法兰盘设有多个流体密闭传输孔，所述法兰盘底部与第二圆筒形连接件的顶部连接，所述第二圆筒形连接件的底部与静载液压油缸外壳的顶部连接，所述静载液压油缸外壳的底部固设于底座上，所述第二圆筒形连接件内设有静载压杆，所述静载压杆的一端穿过法兰盘与所述下压头连接，另一端与应力传感器的顶部同轴连接，所述应力传感器的底部与静载液压油缸的活塞连接，所述耐压腔体下部的两侧分别与一个举升油缸的顶部连接，所述举升油缸的底部固设于所述底座上，所述耐压腔体中部沿周向设置有多个耐压视窗和多个电极座，所述煤岩试样表面固设有声发射探头，所述声发射探头的数据线经所述流体密闭传输孔导出，并与采集仪连接，所述耐压腔体与所述煤岩试样之间的间隙设置有微电感应极片；所述孔隙流压系统包括第一外部气源、调压阀、压力表和流量计，所述压力表通过管线与所述调压阀连接，同时所述调压阀通过管线与所述第一外部气源连接，所述上压头设置有孔隙流压入口，所述孔隙流压入口通过管线与一个流体密闭传输孔靠近耐压腔体的一端连接，同时所述流体密闭传输孔的另一端通过管线与所述压力表连接，所述下压头设置有孔隙流压出口，所述孔隙流压出口通过管线与另一个流体密闭传输孔靠近所述耐压腔体的一端连接，同时所述流体密闭传输孔的另一端通过管线与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖晓春，丁鑫，吕祥锋，吴迪，王磊，樊玉峰，沈天宇，
申请(专利权)人：辽宁工程技术大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21