一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置和方法，装置包括机体；煤层夹具，包括竖直设置的2个，用于夹持待试验煤层，2个煤层夹具所夹持的待试验煤层面相对设置；垂直移动装置，用于驱动煤层夹具竖直移动；水平移动装置，用于驱动煤层夹具水平移动；记录装置，用于记录待试验煤层相对运动中图像数据。本发明专利技术所公开的断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置和方法，可实现在不同围压下进行不同断裂角度的煤层摩擦滑移试验和煤层的疲劳试验，通过实时拍摄的视频获得其滑移界面和疲劳界面的微观变形现象，揭示摩擦面的演化规律及形成机制。

A Simulated Test Device and Method for Friction Slip of Fractured Coal Seam

【技术实现步骤摘要】
一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置和方法
本专利技术涉及煤层试验设备
，具体涉及一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置和方法。
技术介绍
近年来，由于煤层气商业化开采及煤矿安全生产的需要，构造煤已成为大量学者研究的重点，构造煤储层因其高吸附性和低渗透性常含有丰富的煤层气资源，同时也使得开采过程中瓦斯突出危险性增加。因此，为实现煤层气安全、有效地开采，构造煤的变形机制及物性特征成为亟待解决的难题。煤层经受应力作用后，煤体结构会发生脆裂、破碎、叠加破坏甚至韧性变形，同时由于自重应力及构造应力的影响，煤层将会沿着断裂面发生错动、摩擦滑移，从而形成摩擦面及擦痕、阶步等伴生构造。摩擦面为破碎煤体间剪切摩擦作用的结果，是构造应力释放导致的，基于摩擦面变形特征及形成机制研究，有助于揭示构造煤层的变形机制和物性特征，从而为煤矿安全开采、断层滑动危险性评定及矿井动力地质灾害预防提供理论依据。在20世纪70年代，国外学者就已关注构造煤表面的发育特征，利用扫描电镜观测到煤表面具有微裂纹、细褶皱、滑动及条纹痕迹，但并未对其形成机制作出解释。我国学者在20世纪80年代开始对构造煤摩擦面进行研究，包括摩擦面在煤层中的可能发育位置的研究，摩擦面上擦痕、阶步、滑动条纹等构造形态的观测及构造运动方向的判别。并依据摩擦面变形特征制定其分类标准，同时揭示出摩擦面相关发育与穿越效应。然而，上述研究对象皆为应力释放后的煤层摩擦面，而并未研究应力作用过程中摩擦面的发育规律，因此，需实时动态监测摩擦面的演化规律，并对比分析应力释放前后摩擦面的变形特征，对研究煤层变形机制和还原煤层真实的应力状态具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对上述缺陷，提供一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，其具体技术方案如下：一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，包括机体；煤层夹具，包括竖直设置的2个，用于夹持待试验煤层，2个煤层夹具所夹持的待试验煤层面相对设置；垂直移动装置，用于驱动煤层夹具竖直移动；水平移动装置，用于驱动煤层夹具水平移动；记录装置，用于记录待试验煤层相对运动中图像数据，所述记录设备包括相机支架，所述相机支架是底部带有滑轮的竖直杆，竖直杆上滑动连接有相机转接件，所述相机转接件上连接有高速相机。作为本方案的一种改进，所述机体包括平台，平台上设置有底板，底板上设置有竖直的侧支板，所述底板上设置有由一号步进电机带动可水平移动的下滑台，所述侧支板上设置有由二号步进电机带动可竖直移动的上滑台，所述上滑台和下滑台上设置有煤层夹具。作为本方案的一种改进，所述相机转接件包括连接件，所述连接件上设置有贯通的滑动连接孔和相机连接孔，所述滑动连接孔和相机连接孔互相垂直且分别设置在连接件两侧，滑动连接孔和相机连接孔在连接件上具有条状开口，连接件上垂直于条状开口分别设置有高度调节螺栓和相机固定螺栓控制开口开合程度。作为本方案的一种改进，所述煤层夹具包括平行设置在平板上的两个固定板，所述固定板为竖直平板，两个固定板之间设置有平行的导杆和丝杠，所述丝杠端部活动连接至少一个固定板且可转动，两个固定板之间设置有活动板，所述活动板包括固定部分和活动部分，固定部分与丝杠螺纹连接，且与导杆活动连接，固定部分可在丝杠转动下实现沿导杆轴线移动，固定部分顶部还通过螺钉连接活动部分，所述活动部分为竖直平板，活动板与其中一个固定板之间设置有平行的夹具固定件，夹具固定件为平板结构，与活动板和固定部组成盒装姐结构，活动板和固定板与夹具固定件通过定位凸起和定位槽定位连接。作为本方案的一种改进，所述煤层夹具丝杠端部连接有手轮，摇动手轮可控制丝杠转动。作为本方案的一种改进，所述煤层夹具与上滑台或者下滑台之间设置有三维力传感器。作为本方案的一种改进，所述高速相机水平设置，摄像镜头水平对准煤层夹具中待试验煤层，所述上滑台或者下滑台上还竖直设置有第一相机，摄像镜头竖直指向煤层夹具中待试验煤层。作为本方案的一种改进，所述活动部分高度设置为不同，可进行更换。作为本方案的一种改进，所述夹具固定件顶部倾斜，其倾斜面与水平面夹角分别为0°、20°、40°和60°，每个倾斜角度的夹具固定件均设置有不同宽度。一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验方法，包括如下步骤：a、根据实验要求选择夹具固定件，将活动板和固定板侧部定位凸起与夹具固定件侧部定位槽卡接并留有可伸缩的间隙；b、在活动板、固定板和夹具固定件组成的盒装结构内侧壁贴应力片，并放入待试验煤层；c、摇动手轮使活动板和固定板靠近，应力片测得压力竖直到达试验要求数值；d、将煤层夹具分别安装于上滑台和下滑台；e、控制一号步进电机和二号步进电机带动煤层夹具相互运动，使待试验煤层表面接触、摩擦和滑移；f、利用高速相机和第一相机拍摄步骤e过程中煤层接触面视频和静态图像。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有的技术效果是：1、本专利技术所公开的断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，可实现在不同围压下进行不同断裂角度的煤层摩擦滑移试验和煤层的疲劳试验，通过实时拍摄的视频获得其滑移界面和疲劳界面的微观变形现象，揭示摩擦面的演化规律及形成机制。2、本专利技术所公开的断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，基于微观尺度对断裂煤层摩擦滑移面发育及变形特征进行实时动态监测，总结其演化规律，揭示模拟摩擦面的发育机理，并与应力释放后的摩擦面进行对比分析，阐述构造煤层的变形机制和物性特征；同时探讨煤层在交变载荷下接触界面的变形，研究其变化规律。附图说明图1、所述断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置结构示意图；图2、所述夹具结构示意图；图3、所述固定板和活动板连接结构示意图；图4、所述固定板和活动板连接结构平面示意图；图5、I部分局部放大图；图6、所述相机转接件结构示意图；附图标记：1、一号相机；2、侧支板；3、下煤层；4、下夹具；5、一号步进电机；6、下滑台；7、底板；8、平台；9、二号步进电机；10、联轴器；11、上滑台；12、三维力传感器；13、上夹具；14、上煤层；15、高速相机；16、相机转接件；17、相机支架；18、螺钉；19、活动板活动部分；20、固定板；21、活动板固定部分；22、夹具固定件；23、手轮；24、导杆；25、丝杆；26、定位突起；27、连接件；28、滑动连接孔；29、高度调节螺栓；30、相机连接孔；31、相机固定螺栓。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施方式,所述实施方式的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。如图1所示是一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，包括机体机体包括平台8，平台8上设置有底板7，底板7上设置有竖直的侧支板2，底板7上设置有由一号步进电机5带动可水平移动的下滑台6，侧支板2上设置有由二号步进电机9带动可竖直移动的上滑台11，上滑台11和下滑台6上设置有煤层夹具。煤层夹具与上滑台11之间设置有三维力传感器12。上滑台11上还竖直设置有第一相机，摄像镜头竖直指向煤层夹具中待试验煤层。在机体前方设置有相机支架17，相机支架17是底部带有滑轮的竖直杆，竖直杆上滑动连接有相机转接件16，相机转接件16上连接有高速相机15。高速相机15水平设置，摄像镜头水平对准煤层夹具中待试验煤层。如图2、3和4所示，包括平行设置在平板上的两个固定板20，固定板20为竖直平板，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，其特征在于，包括机体；煤层夹具，包括竖直设置的2个，用于夹持待试验煤层，2个煤层夹具所夹持的待试验煤层面相对设置；垂直移动装置，用于驱动煤层夹具竖直移动；水平移动装置，用于驱动煤层夹具水平移动；记录装置，用于记录待试验煤层相对运动中图像数据，所述记录设备包括相机支架，所述相机支架是底部带有滑轮的竖直杆，竖直杆上滑动连接有相机转接件，所述相机转接件上连接有高速相机。

【技术特征摘要】
1.一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，其特征在于，包括机体；煤层夹具，包括竖直设置的2个，用于夹持待试验煤层，2个煤层夹具所夹持的待试验煤层面相对设置；垂直移动装置，用于驱动煤层夹具竖直移动；水平移动装置，用于驱动煤层夹具水平移动；记录装置，用于记录待试验煤层相对运动中图像数据，所述记录设备包括相机支架，所述相机支架是底部带有滑轮的竖直杆，竖直杆上滑动连接有相机转接件，所述相机转接件上连接有高速相机。2.根据权利要求1所述的一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，其特征在于，所述机体包括平台，平台上设置有底板，底板上设置有竖直的侧支板，所述底板上设置有由一号步进电机带动可水平移动的下滑台，所述侧支板上设置有由二号步进电机带动可竖直移动的上滑台，所述上滑台和下滑台上设置有煤层夹具。3.根据权利要求2所述的一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，其特征在于，所述相机转接件包括连接件，所述连接件上设置有贯通的滑动连接孔和相机连接孔，所述滑动连接孔和相机连接孔互相垂直且分别设置在连接件两侧，滑动连接孔和相机连接孔在连接件上具有条状开口，连接件上垂直于条状开口分别设置有高度调节螺栓和相机固定螺栓控制开口开合程度。4.根据权利要求1~3所述的一种断裂煤层摩擦滑移模拟试验装置，其特征在于，所述煤层夹具包括平行设置在平板上的两个固定板，所述固定板为竖直平板，两个固定板之间设置有平行的导杆和丝杠，所述丝杠端部活动连接至少一个固定板且可转动，两个固定板之间设置有活动板，所述活动板包括固定部分和活动部分，固定部分与丝杠螺纹连接，且与导杆活动连接，固定部分可在丝杠转动下实现沿导杆轴线移动，固定部分顶部还通过螺钉连接活动部分，所述活动部分为竖直平板，活动...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳琳，高文丽，龙正江，王瑞鑫，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32