一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法技术

本发明专利技术公开了一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法，包括压力室基座，安装在微机电液伺服压力机上；压力室承压腔，固定在压力室基座上，其内部放置有煤岩试件；一对Z向加载柱，用于对煤岩试件进行超声检测和加热冲击；一对X向加载柱，用于记录加载过程中煤岩试件的渗流特性；一对Y向加载柱，水平Y向穿过压力室承压腔并对煤岩试件的前面和后面进行加压；摆锤式冲击装置，位于压力室承压腔的一侧，用于对煤岩试件同时加载静载与动冲击。本发明专利技术具有可实时超声无损检测，可施加热冲击，开展不同应力路径下热冲击对煤岩的力学性质及渗流特性的影响研究；可实现静载与动冲击同时加载，记录加载过程中煤的渗流特性及实现真三轴加载等功能。

A true triaxial pressure chamber for coal rock simulation test and its test method

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法
本专利技术属于煤矿实验装置的
，尤其涉及一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法。
技术介绍
在未来相当长的时间，煤炭依然是我国最重要的能源，随着浅部煤炭资源的枯竭，各大矿区煤炭纷纷转入深井开采(埋深>800m)，深井煤层处于高应力、高地温、流体流动和剧烈的工程扰动等多物理场耦合环境下，同时由于采空区及钻孔发火，煤体受到热冲击的情况也愈发频繁，在这种极其复杂的条件下，煤的力学特性和渗流规律是评价和影响深井煤及煤层气资源开发的关键因素。由于构造应力的存在，深部煤层往往处于真三轴应力状态(σ1>σ2>σ3)，系统性地开展真三轴应力条件下深部煤层的多物理场耦合(热-流-固-动载)响应特性研究，对深部矿井煤炭资源的安全、高效开采具有重要的现实意义。实际科学研究过程中，由于力学性质试验具有破坏性，而且煤样的离散型又非常大，因此无法进行大量有规律的重复试验。申请号为201910025755.X的专利公开了一种声电渗综合监测的拟三轴压力室及试验方法，涉及岩石力学
，包括密封装置、轴压筒、围压筒、位移监测装置、声电监测装置和渗流装置，密封装置包括轴压上压盖、轴压压盖、封胶上压盖、封胶下压盖和试验体底座，形成密闭空间并保证装置的密封性，轴压筒包括轴压活塞、柱塞、万向阀和应力传感器，能够控制轴压有效传递，围压筒包括围压室、围压入口和围压出口，方便围压的监测和调节，位移监测装置包括轴向引伸计、径向引伸计和数据采集仪，实时监测位移变化，声电监测装置包括声波探头套、传导体和接收器，渗流装置包括进水管和出水管，实现渗透率监测，解决了煤岩体渗流试验监测不精确的技术问题，还具有操作简便等优点。不足：该装置不能进行热冲击试验，不能实现真三轴加载，不能实现动冲击加载。申请号为201910611100.0的专利公开了一种岩石测试试验三轴压力室，包括传压筒及底座，传压筒顶部用于与加载框架顶部相互连接，底座底部用于与加载框架底部相互连接，且底座与传压筒同轴设置；传压筒内部设置有用于容纳加载油缸活塞的中空部，且底座与传压筒之间留置有用于放置试样的间隔；还包括承压筒，承压筒上部套设在传压筒上，下部套设在底座上，形成用于放置试样的测试舱，且承压筒与传压筒及底座滑动连接以打开或关闭所述测试舱。本专利技术的目的在于：针对现有的扣压型及螺栓紧固型三轴压力室存在试验效率较低的问题，提供一种岩石测试试验三轴压力室。该三轴压力室利用轴向可升降的承压筒形成试样测试舱，从而显著提高了试验效率。不足：该装置不能实时超声检测，无法施加热冲击，不能实现静载与动冲击同时加载，无记录加载过程中煤的渗流特性及真三轴加载等功能。申请号为201910824244.4的专利公开了一种煤岩样气体渗流试验用压力室，包括圆钢筒、环向压力传递套、T型封头、PEEK套、锥形钢套、右活塞套、右第一压套、右第二压套、左第一压套、左第二压套，在环向压力传递套、两个T型封头之间形成圆柱形的煤岩样腔，在环向压力传递套与圆钢筒之间形成环向压力施加腔；所述圆钢筒的侧壁上设置有两个环向高压液接口，右第二压套的侧壁上设置有两个轴向高压液接口，两个T型封头上各设置有一个渗流高压气体及电阻率测定仪PEEK绝缘接头共用接口。本试验装置能更加真实地模拟煤岩样在不同压力、不同温度以及地下波等地下真实状况下的气体渗流情况，使试验结果具有更高的现实指导意义，对煤岩层安全开采提供可靠保障。不足：该装置温度冲击范围窄，属于伪三轴加载，无法实现动载。公开号为CN103196490A的专利公开一种含多测量单元的高压三轴压力室，包括主腔体、位于所述主腔体下部的下底盘和位于所述主腔体上部的上顶盖，所述下底盘和上顶盖通过三根轴连接，所述高压三轴压力室还包括可替换使用的超声测量单元、时域反射测量单元、电阻测量单元和温度测量单元中的一种或多种。本专利技术将多种测量单元与现有的一套水合物合成分解与力学性质测量系统结合起来，使得原有的水合物合成分解及力学性质一体化设备，除了能测量应力应变、强度等宏观参数外，还能同时测量水合物声波、电磁波和电阻特性等参数，从而为深入研究水合物沉积物宏观力学参数和各物性参数及声波和电阻参数间的关系奠定坚实的实验基础，提供可靠的实验手段。不足：此装置为多测量单元分别安装使用，不能同时测量多个参数，且为伪三轴加载，不能实现热冲击试验和动载加载，不能记性加载过程中渗流试验。综合上述现有类似装置，均不能提供真三轴应力条件下深部煤层的多物理场耦合(热-流-固-动载)环境。
技术实现思路
基于上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种煤岩模拟试验用真三轴压力室及其试验方法，可实时超声检测，施加热冲击，实现静载与动冲击同时加载，记录加载过程中煤的渗流特性及实现真三轴加载功能。为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种煤岩模拟试验用真三轴压力室，包括压力室基座，安装在微机电液伺服压力机上；压力室承压腔，固定在所述压力室基座上，其内部放置有煤岩试件；一对Z向加载柱，竖直穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的顶面和底面进行加压，并用于对煤岩试件进行超声检测和加热冲击；一对X向加载柱，水平X向穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的左面和右面进行加压，并用于记录加载过程中煤岩试件的渗流特性；一对Y向加载柱，水平Y向穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的前面和后面进行加压；摆锤式冲击装置，位于所述压力室承压腔的一侧，穿过其中一个Y向加载柱对煤岩试件施加冲击载荷，用于对煤岩试件同时加载静载与动冲击。可选的，位于上方的Z向加载柱内设有用于发射超声波的第一平面换能器，位于下方的Z向加载柱内设有用于接受超声波的第二平面换能器，所述第一平面换能器和第二平面换能器靠近煤岩试件的一端设有定位盘，其远离煤岩试件的一端设有用于使第一平面换能器和第二平面换能器与定位盘紧密贴合的压缩弹簧。进一步的，所述Z向加载柱的周面于所述压力室承压腔内连接有稳定盘，所述稳定盘上螺纹连接有多个竖直设置的稳定杆，用于稳定两个Z向加载柱在同一条直线上；所述稳定杆内部设有用于给煤岩试件进行加热的电阻丝。可选的，所述Z向加载柱的筒壁内设有从其顶部贯穿到底部的用于通入冷却液的第一空腔、从Z向加载柱的底部贯穿到其顶部的用于输出冷却液的第二空腔，所述第一空腔的顶端通过冷却液入口连接循环冷却液进入管，所述第二空腔的顶端通过冷却液出口连接循环冷却液出口管。可选的，所述X向加载柱为圆柱方头结构，其顶端设置有通气压头，所述通气压头连通有气压腔；位于左方的X向加载柱内设有用于连接瓦斯管路入口的瓦斯进入管道，位于右方的X向加载柱内设有用于连接瓦斯管路出口的瓦斯通出管道；所述瓦斯管路入口和瓦斯管路出口连接有瓦斯储罐和气体压力、流量传感器，用于监测试验过程中煤岩试件的渗透率。进一步的，位于后方的Y向加载柱为实心结构，位于前方的Y向加载柱为筒状，其内部设有可沿其长度方向移动并用以传递冲击力的撞击杆；位于前方的Y向加载柱靠近煤岩试件的一端设置有T型加载头，用于传递本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于：包括：/n压力室基座，安装在微机电液伺服压力机上；/n压力室承压腔，固定在所述压力室基座上，其内部放置有煤岩试件；/n一对Z向加载柱，竖直穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的顶面和底面进行加压，并用于对煤岩试件进行超声检测和加热冲击；/n一对X向加载柱，水平X向穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的左面和右面进行加压，并用于记录加载过程中煤岩试件的渗流特性；/n一对Y向加载柱，水平Y向穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的前面和后面进行加压；/n摆锤式冲击装置，位于所述压力室承压腔的一侧，穿过其中一个Y向加载柱对煤岩试件施加冲击载荷，用于对煤岩试件同时加载静载与动冲击。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于：包括：
压力室基座，安装在微机电液伺服压力机上；
压力室承压腔，固定在所述压力室基座上，其内部放置有煤岩试件；
一对Z向加载柱，竖直穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的顶面和底面进行加压，并用于对煤岩试件进行超声检测和加热冲击；
一对X向加载柱，水平X向穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的左面和右面进行加压，并用于记录加载过程中煤岩试件的渗流特性；
一对Y向加载柱，水平Y向穿过所述压力室承压腔并对煤岩试件的前面和后面进行加压；
摆锤式冲击装置，位于所述压力室承压腔的一侧，穿过其中一个Y向加载柱对煤岩试件施加冲击载荷，用于对煤岩试件同时加载静载与动冲击。


2.如权利要求1所述的煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于，位于上方的Z向加载柱内设有用于发射超声波的第一平面换能器，位于下方的Z向加载柱内设有用于接受超声波的第二平面换能器，所述第一平面换能器和第二平面换能器靠近煤岩试件的一端设有定位盘，其远离煤岩试件的一端设有用于使第一平面换能器和第二平面换能器与定位盘紧密贴合的压缩弹簧。


3.如权利要求1所述的煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于，所述Z向加载柱的周面于所述压力室承压腔内连接有稳定盘，所述稳定盘上螺纹连接有多个竖直设置的稳定杆，用于稳定两个Z向加载柱在同一条直线上；
所述稳定杆内部设有用于给煤岩试件进行加热的电阻丝。


4.如权利要求3所述的煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于，所述Z向加载柱的筒壁内设有从其顶部贯穿到底部的用于通入冷却液的第一空腔、从Z向加载柱的底部贯穿到其顶部的用于输出冷却液的第二空腔，所述第一空腔的顶端通过冷却液入口连接循环冷却液进入管，所述第二空腔的顶端通过冷却液出口连接循环冷却液出口管。


5.如权利要求1所述的煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于，所述X向加载柱为圆柱方头结构，其顶端设置有通气压头，所述通气压头连通有气压腔；位于左方的X向加载柱内设有用于连接瓦斯管路入口的瓦斯进入管道，位于右方的X向加载柱内设有用于连接瓦斯管路出口的瓦斯通出管道；
所述瓦斯管路入口和瓦斯管路出口连接有瓦斯储罐和气体压力、流量传感器，用于监测试验过程中煤岩试件的渗透率。


6.如权利要求1所述的煤岩模拟试验用真三轴压力室，其特征在于，位于后方的Y向加载柱为实心结构，位于前方的Y向加载柱为筒状，其内部设有可沿其长度方向移动并用以传递冲击力的撞击杆；位于前方的Y向加载柱靠近煤岩试件的一端设置有T型加载头，用于传递由加载柱传递的静压和由所述摆锤式冲击装置通过撞击杆施加的动荷载。


7.如权利要求6所述的煤岩模拟试验用...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐消寒，王晓琪，艾纯明，马恒，张遵国，白刚，刘宇，
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