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制造方法及图纸

本发明专利技术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。

Facilities and methods for failure testing of hollow cylindrical rocks under high pore pressure and rapid pressure relief

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于岩石力学试验
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。采用本专利技术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。2、安装带有脆性封闭薄片的上部气管和带有阀门开关的高压仓。3、安装各个进气管及两个气压动态传感器。4、在透明高压仓外壁安装应变片并连接应力波传感器。5、关闭上部高压仓阀门，由于岩石试样的低渗透率特性，岩石试样须在饱和高压气体中持续渗透10h以上，则各个进气管同时通气持续10h以上。6、在持续通过高压气体的情况下，打开上部高压仓阀门，多层脆性封闭薄片自上而下依次爆裂。上述试验装置实施性强，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，可通过改变脆性薄片的材料或厚度来测定岩石试件的破坏压差，多个封闭脆性薄片由外向内破坏模拟了岩石卸压破坏的顺序和细微时间差，同时脆性薄片爆破产生的冲击波考虑了冲击波对岩石破坏的影响。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、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。2、可同时考虑由快速卸压及其由此引起的应力波对岩石的破坏作用。3、多个脆性封闭薄片的爆破应力波可模拟快速卸压岩石破坏时多次应力波叠加对岩石破坏的影响，更好的模拟实际破坏情况。4、可全程监测实验过程中的气压和应力波情况，更好的分析岩石的破坏条件。5、采用多个脆性封闭薄片和空心圆柱岩石体现出快速卸压时岩石从外向内破坏的机理，更贴近岩石破坏的真实情况。本专利技术设计合理，具体很好的实际应用及推广价值。附图说明图1表示本专利技术高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏的实验装置结构示意图。图2表示本专利技术高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏实验装置结构中管道Ⅲ细观图，图中管道Ⅲ中脆性封闭薄片由上至下为①第一层脆性封闭薄片、②第二层脆性封闭薄片、③第三层脆性封闭薄片。图中：1-透明高压密封仓，2-试件台，3-空心圆柱试件，4-管道Ⅰ，5-气压动态传感器Ⅰ，6-管道Ⅱ，7-气压动态传感器Ⅱ，8-应变片，9-应力波传感器，10-管道Ⅲ，11-脆性封闭薄片，12-进气管，13-带有阀门的高压仓，14-（高压仓）阀门，15-计算机，16-搭接台。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细说明。如图1所示，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1，透明高压密封仓1内底部固定设有试件台2，试件台2上放置空心圆柱试件3，试件台2内穿过管道Ⅱ6并伸入空心圆柱试件3内，管道Ⅱ6密封穿出透明高压密封仓1后与气压动态传感器Ⅱ7连接，以测量空心圆柱试件3内部气压状况，气压动态传感器Ⅱ7连接计算机15；透明高压密封仓1侧壁连接管道Ⅰ4，管道Ⅰ4连接气压动态传感器Ⅰ5，以测量透明高压密封仓1内气压，气压动态传感器Ⅰ5连接计算机15；透明高压密封仓1外侧壁贴压变片8，压变片8连接应力波传感器9，以测量透明高压密封仓1内应力波情况，应力波传感器9连接计算机15；透明高压密封仓1上部密封穿过管道Ⅲ10，管道Ⅲ10下端伸入空心圆柱试件3内、其上端连接高压仓13，高压仓13设有阀门14，在制作饱和岩石试件时，设置有带有阀门14的高压仓13，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1和高压仓13分别通过进气管12连通高压气源，管道Ⅲ10内由相邻脆性封闭薄片11构成的空间分别通过进气管12连通高压气源。如图2所示，管道Ⅲ10内设有三层脆性封闭薄片11，当脆性封闭薄片两侧压差到达极限压差时，脆性封闭薄片破坏，当三个脆性封闭薄片全部破坏时，完成快速卸压。脆性封闭薄片11通过密封胶固定于管道Ⅲ10内预设的搭接台16上，与管道构成封闭空间，本实施例中，由上至下为①第一层脆性封闭薄片、②第二层脆性封闭薄片、③第三层脆性封闭薄片。脆性封闭薄片11的材质可以选择木片，可通过改变脆性薄片的材料或厚度来测定岩石试件的破坏压差，多个封闭脆性薄片由外向内破坏模拟了岩石卸压破坏的顺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏试验装置，其特征在于：包括透明高压密封仓（1），所述透明高压密封仓（1）内底部固定设有试件台（2），所述试件台（2）上放置空心圆柱试件（3），所述试件台（2）内穿过管道Ⅱ（6）并伸入空心圆柱试件（3）内，所述管道Ⅱ（6）密封穿出透明高压密封仓（1）后与气压动态传感器Ⅱ（7）连接，所述气压动态传感器Ⅱ（7）连接计算机（15）；所述透明高压密封仓（1）侧壁连接管道Ⅰ（4），所述管道Ⅰ（4）连接气压动态传感器Ⅰ（5），所述气压动态传感器Ⅰ（5）连接计算机（15）；所述透明高压密封仓（1）外侧壁贴压变片（8），所述压变片（8）连接应力波传感器（9），所述应力波传感器（9）连接计算机（15）；所述透明高压密封仓（1）上部密封穿过管道Ⅲ（10），所述管道Ⅲ（10）下端伸入空心圆柱试件（3）内、其上端连接高压仓（13），所述高压仓（13）设有阀门（14）；所述管道Ⅲ（10）内设有多层脆性封闭薄片（11）；所述透明高压密封仓（1）和高压仓（13）分别通过进气管（12）连通高压气源，所述管道Ⅲ（10）内由相邻脆性封闭薄片（11）构成的空间分别通过进气管（12）连通高压气源。...

【技术特征摘要】
1.一种高孔隙压力快速卸压下空心圆柱岩石破坏试验装置，其特征在于：包括透明高压密封仓（1），所述透明高压密封仓（1）内底部固定设有试件台（2），所述试件台（2）上放置空心圆柱试件（3），所述试件台（2）内穿过管道Ⅱ（6）并伸入空心圆柱试件（3）内，所述管道Ⅱ（6）密封穿出透明高压密封仓（1）后与气压动态传感器Ⅱ（7）连接，所述气压动态传感器Ⅱ（7）连接计算机（15）；所述透明高压密封仓（1）侧壁连接管道Ⅰ（4），所述管道Ⅰ（4）连接气压动态传感器Ⅰ（5），所述气压动态传感器Ⅰ（5）连接计算机（15）；所述透明高压密封仓（1）外侧壁贴压变片（8），所述压变片（8）连接应力波传感器（9），所述应力波传感器（9）连接计算机（15）；所述透明高压密封仓（1）上部密封穿过管道Ⅲ（10），所述管道Ⅲ（10）下端伸入空心圆柱试件（3）内、其上端连接高压仓（13），所述高压仓（13）设有阀门（14）；所述管道Ⅲ（10）内设有多层脆性封闭薄片（11）；所述透明高压密封仓（1）和高压仓（13）分别通过进气管（12）连通高压气源，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春明，牛少卿，杨双锁，郭子奇，李晓雪，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14