CN104749025A - 一种煤岩宏-细观三轴可视压力室 - Google Patents

Abstract

一种煤岩宏-细观三轴可视压力室，包括试验腔、轴压腔、活塞、压杆和可视窗，轴压腔位于试验腔上方，活塞位于轴压腔内，将轴压腔分成上、下两部分，压杆贯穿试验腔和轴压腔隔离部位，上端与活塞连接，下端位于试验腔内，试验腔侧面开设有可视窗；轴压腔的上、下两部分分别成型有第一通道和第二通道，与外部连通。本发明能够更加逼真的模拟煤岩受载状态，并能够直接观测煤岩在三轴受载状态下的试件表面孔隙演化过程，能够结合声发射和显微镜等工具，有效提高试验数据的科学性，并能适应各种试验试件和试验类型要求。

Description

一种煤岩宏-细观三轴可视压力室

技术领域

本发明涉及一种压力室，尤其是一种煤岩宏-细观三轴可视压力室。

背景技术

煤与瓦斯突出是煤矿生产中遇到的一种极为复杂的矿井瓦斯动力现象。近些年来，各地煤矿瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出事故频发，煤矿瓦斯灾害已严重影响到煤炭工业的健康发展。煤与瓦斯突出是地应力、瓦斯压力及煤岩物理力学性质共同作用的结果。因此，深入研究地应力、瓦斯耦合作用下的煤岩力学特性，特别是从细观角度，对煤岩破坏过程中裂纹的产生、扩展动态过程以及最后破坏状态进行研究，有利于更深入地了解含瓦斯煤岩的物理力学性质，对揭示煤岩动力现象发生机理及开发相应灾害防治技术具有重要的理论价值和工程指导意义。瓦斯渗透率是煤岩渗透瓦斯能力大小量度的物性参数，也是含瓦斯煤体多孔介质流体力学的重要参数。煤层瓦斯渗透率在三轴压力作用下随煤体破坏过程的演化规律研究对搞清煤与瓦斯突出过程瓦斯运移演化机理具有重要指导作用。但目前己有的试验装置都无法进行符合煤岩实际受载状态的三轴试验。

发明内容

为解决实验装置不能理想模拟煤岩实际受载状态的技术问题，本发明提供了一种煤岩宏-细观三轴可视压力室。

本发明采用的技术方案如下：

一种煤岩宏-细观三轴可视压力室，包括试验腔、轴压腔、活塞、压杆和可视窗，所述轴压腔位于所述试验腔上方，所述活塞位于所述轴压腔内，将所述轴压腔分成上、下两部分，所述压杆贯穿所述试验腔和所述轴压腔隔离部位，上端与所述活塞连接，下端位于所述试验腔内，所述试验腔侧面开设有可视窗；所述轴压腔的上、下两部分分别成型有第一通道和第二通道，与外部连通；在工作状态时，将试件放入所述试验腔内，置于所述压杆正下方，通过所述第一通道向所述轴压腔上部分加压，推动所述活塞向下移动，进而推动所述压杆向下运动，给所述试件加载，开始试验，同时通过所述可视窗进行观测并记录所述试件动态破坏状态；试验结束后，通过所述第二通道向所述轴压腔下部分加压，使所述活塞和所述压杆向上移动，恢复原位。

上述煤岩宏-细观三轴可视压力室还包括上垫块和下垫块或其中之一；在工作状态下，所述下垫块放置于所述试验腔底部，所述试件放置于所述下垫块上表面，所述上垫块放置于所述试件上表面。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述上垫块或下垫块的上下截面呈方形或圆形，适用于不同形状的试件。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述压杆在下端头装设有压杆头。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述可视窗包括视窗玻璃、视窗座和视窗盖。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，上述视窗玻璃置于所述视窗座内，外部通过所述视窗盖与所述试验腔固定，所述视窗玻璃与所述视窗盖之间布置有密封垫，所述视窗玻璃与所述视窗座之间布置有密封垫。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，在工作状态下，所述上垫块顶端与所述压杆头底端面接触，所述上垫块顶端为凹球面状，所述压杆头底端为凸球面状。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述上垫块内部中心设置有通道，所述通道一端与所述上垫块和所述试件接触面连通，另一端经过所述垫块侧面和孔隙压管道与开设于所述试验腔底部或侧面的孔隙压进口孔连通；所述下垫块内部中心设置有通道，所述通道一端与所述下垫块和所述试件接触面连通，另一端与开设于所述试验腔底部的孔隙压出口孔连通。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述上垫块和所述下垫块分别通过渗透片与所述试件接触，所述渗透片成型有均匀分布的通孔。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述上垫块内部中心位置埋设有声发射探头，所述声发射探头的导线从所述上垫块侧面引出，并通过开设于所述试验腔侧面的声发射通道与外部装置连接。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述试验腔底部中心设置有凸起圆柱，用于固定所述下垫块。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述试验腔侧面还开设有操作窗，所述操作窗上装设有盖板。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述盖板上装设有若干个接线柱；所述声发射通道设置于所述盖板上。

在上述煤岩宏-细观三轴可视压力室中，所述试验腔在侧面和底部开设有围压孔。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

①本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于设置轴压腔，通过上、下轴压腔的充压实现对试件的加载和卸载，同时，试验腔为密闭状态，可以加载围压，设有相应的孔隙压通道，可以加载孔隙压，因此，本发明能够有效更贴近煤岩实际受载状态，能够更逼真的再现煤岩破坏过程，从而获得更为可靠科学的试验数据。

②本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于在试件和压杆及试验腔底部之间增加上垫块和下垫块，因此，本发明能够通过简单调换垫块就能够满足各种试件形状和各种试验类型的要求。

③本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于上垫块与压杆接触面为球形面，下垫块通过底部设置的凸起圆柱固定，因此，本发明能够有效保证在试件加载过程中，压杆、上垫块、试件和下垫块的中心轴重合，省掉试件和垫块轴心对正程序，且能够保证加载过程中不会出现偏载现象。

④本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于在上垫块和下垫块与试件之间还增设有渗透片，渗透片成型有均匀分布的通孔，且通孔分布于同心的环形或弧形槽内，因此，本发明能够较为理想的模拟试件在存在空隙压状态下的破坏过程和形态。

⑤本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于试验腔开设有视窗，因此，本发明能够通过视窗直接观测煤岩在三轴受载状态下的表面孔隙演化过程。

⑥本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于上垫块可以同时装配声发射晶体，因此，本发明能够在三轴受载状态下同步进行声发射监测。

⑦本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于设置有操作窗，因此，本发明能够避免因频繁拆卸视窗而造成试验腔密闭性降低。(视窗强度最低，制作最为困难，频繁拆卸即费时费力，又容易导致密试验腔密闭性降低)。

⑧本发明提供的煤岩宏-细观三轴可视压力室，由于盖板上设置有接线柱，因此，本发明能够连接应变测量电路，测量煤岩三轴受载条件下试验过程中的变形数据。(应变片粘贴在试件表面，连接应变片的导线接在接线柱上，接线柱另一端在试验腔体外，可以与应变仪直接连接)

附图说明

为了使发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明煤岩宏-细观三轴可视压力室的结构示意图；

图2是本发明煤岩宏-细观三轴可视压力室中渗透片的结构示意图；

图3是图2FA-A向剖视图。

图中标记为：1-试验腔，2-轴压腔，3-活塞，4-压杆，5-可视窗，6-上垫块，7-下垫块，8-孔隙压管道，9-孔隙压进口孔，10-孔隙压出口孔，11-渗透片，12-接线柱，13-声发射通道，14-凸起圆柱，15-盖板，201-第一通道，202-第二通道，401-压杆头，501-视窗玻璃，502-视窗座，503-视窗盖，1101-通孔，1102-环形或弧形槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1-3是本发明煤岩宏-细观三轴可视压力室的优选实施例。

所述煤岩宏-细观三轴可视压力室，包括试验腔1、轴压腔2、活塞3、压杆4和可视窗5，所述轴压腔2位于所述试验腔1上方，所述活塞3位于所述轴压腔2内，将所述轴压腔2分成上、下两部分，所述压杆4贯穿所述试验腔1和所述轴压腔2隔离部位，上端与所述活塞3连接，下端位于所述试验腔1内，所述试验腔1侧面开设有可视窗5；所述轴压腔2的上、下两部分分别成型有第一通道201和第二通道202，与外部连通；在工作状态时，将试件16放入所述试验腔1内，置于所述压杆4正下方，通过所述第一通道201向所述轴压腔2上部分加压，推动所述活塞3向下移动，进而推动所述压杆4向下运动，给所述试件16加载，开始试验，同时通过所述可视窗5进行观测并记录所述试件16动态破坏状态；试验结束后，通过所述第二通道202向所述轴压腔2下部分加压，使所述活塞3和所述压杆4向上移动，恢复原位。

在本实施例中，所述煤岩宏-细观三轴可视压力室，还包括上垫块6和下垫块7；在工作状态下，所述下垫块7放置于所述试验腔1底部，所述试件16放置于所述下垫块7上表面，所述上垫块6放置于所述试件16上表面。

在本实施例中，所述压杆4在下端头装设有压杆头401。

在本实施例中，所述可视窗5包括视窗玻璃501、视窗座502和视窗盖503。

在本实施例中，在工作状态下，所述上垫块6顶端与所述压杆头401底端面接触，所述上垫块6顶端为凹球面状，所述压杆头401底端为凸球面状。

在本实施例中，所述上垫块6内部中心设置有通道，所述通道一端与所述上垫块6和所述试件16接触面相通，另一端经过所述垫块6侧面和孔隙压管道8与开设于所述试验腔1底部或侧面的孔隙压进口孔9连通；所述下垫块7内部中心设置有通道，所述通道一端与所述下垫块7和所述试件16接触面相通，另一端与开设于所述试验腔1底部的孔隙压出口孔10连通。

在本实施例中，所述上垫块6和所述下垫块7分别通过渗透片11与所述试件16接触，所述渗透片11成型有均匀分布的通孔1101和同心的环形或弧形槽1102，所述通孔1101均分布于所述环形或弧形槽1102内。

在本实施例中，所述上垫块6内部中心位置埋设有声发射探头，所述声发射探头的导线从所述上垫块6侧面引出，并通过开设于所述试验腔1侧面的声发射通道13与外部装置连接。

在本实施例中，所述试验腔1底部中心设置有凸起圆柱14，用于固定所述下垫块7。

在本实施例中，所述试验腔1侧面还开设有操作窗，所述操作窗上装设有盖板15，所述试验腔1侧面还开设有围压孔。

在本实施例中，所述盖板15上装设有4个接线柱12，所述声发射通道13设置于所述盖板15上。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：包括试验腔(1)、轴压腔(2)、活塞(3)、压杆(4)和可视窗(5)，所述轴压腔(2)位于所述试验腔(1)上方，所述活塞(3)位于所述轴压腔(2)内，将所述轴压腔(2)分成上、下两部分，所述压杆(4)贯穿所述试验腔(1)和所述轴压腔(2)隔离部位，上端与所述活塞(3)连接，下端位于所述试验腔(1)内，所述试验腔(1)侧面开设有可视窗(5)；

所述轴压腔(2)的上、下两部分分别成型有第一通道(201)和第二通道(202)，与外部连通；

在工作状态时，将试件(16)放入所述试验腔(1)内，置于所述压杆(4)正下方，通过所述第一通道(201)向所述轴压腔(2)上部分加压，推动所述活塞(3)向下移动，进而推动所述压杆(4)向下运动，给所述试件(16)加载，开始试验，同时通过所述可视窗(5)进行观测并记录所述试件(16)动态破坏状态；

试验结束后，通过所述第二通道(202)向所述轴压腔(2)下部分加压，使所述活塞(3)和所述压杆(4)向上移动，恢复原位。

2.根据权利要求1所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：还包括上垫块(6)和下垫块(7)或其中之一；

在工作状态下，所述下垫块(7)放置于所述试验腔(1)底部，所述试件(16)放置于所述下垫块(7)上表面，所述上垫块(6)放置于所述试件(16)上表面。

3.根据权利要求1或2所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述压杆(4)在下端头装设有压杆头(401)。

4.根据权利要求1-3任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述可视窗(5)包括视窗玻璃(501)、视窗座(502)和视窗盖(503)。

5.根据权利要求2-4任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：在工作状态下，所述上垫块(6)顶端与所述压杆头(401)底端面接触，所述上垫块(6)顶端为凹球面状，所述压杆头(401)底端为凸球面状。

6.根据权利要求2-5任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述上垫块(6)内部中心设置有通道，所述通道一端与所述上垫块(6)和所述试件(16)接触面相通，另一端经过所述垫块(6)侧面和孔隙压管道(8)与开设于所述试验腔(1)底部的孔隙压进口孔(9)连通；

所述下垫块(7)内部中心设置有通道，所述通道一端与所述下垫块(7)和所述试件(16)接触面相通，另一端与开设于所述试验腔(1)底部的孔隙压出口孔(10)连通。

7.根据权利要求2-6任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述上垫块(6)和所述下垫块(7)分别通过渗透片(11)与所述试件(16)接触，所述渗透片(11)成型有均匀分布的通孔(1101)和同心的环形或弧形槽(1102)，所述通孔(1101)分布于所述环形或弧形槽(1102)内。

8.根据权利要求2-7任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述上垫块(6)内部中心位置埋设有声发射探头，所述声发射探头的导线从所述上垫块(6)侧面引出，并通过开设于所述试验腔(1)侧面的声发射通道(13)与外部装置连接。

9.根据权利要求2-8任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述试验腔(1)底部中心设置有凸起圆柱(14)，用于固定所述下垫块(7)。

10.根据权利要求2-9任一所述的煤岩宏-细观三轴可视压力室，其特征在于：所述试验腔(1)侧面还开设有操作窗，所述操作窗上装设有盖板(15)，所述试验腔(1)侧面还开设有围压孔。