本發(fā)明涉及煤巖測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及深部原位煤巖測(cè)試領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

作為煤炭行業(yè)，能否實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的開(kāi)采，尤其是針對(duì)埋藏較深的煤層，就必須對(duì)所要開(kāi)采的煤層進(jìn)行各種指標(biāo)測(cè)試以及破壞機(jī)理進(jìn)行研究。

為了解決上述問(wèn)題，目前人們采用的方法是：將待測(cè)目標(biāo)煤層試塊取出，按照測(cè)試指標(biāo)加工好實(shí)驗(yàn)試樣，試樣的外形通常采用圓柱形試件。在采用圓柱形試樣時(shí)，均采用圍壓軸向加載設(shè)備，此種設(shè)備的工作原理就是在加工好的圓柱形試樣外部包裹一層工程塑料，此塑料的目的就是要將試樣與外界加載介質(zhì)分開(kāi)，加載介質(zhì)一般選用液壓油進(jìn)行加壓，通過(guò)施加不同圍壓壓力，即可模擬不同煤層深度。

基于上述實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，被測(cè)試的煤巖試樣周?chē)?，不是被測(cè)煤巖試樣材料，而是一種較薄的工程塑料，當(dāng)煤巖試樣進(jìn)行軸向加載時(shí)，由于施加在工程塑料外側(cè)的液壓油是不可壓縮的，它只能通過(guò)外界改變并維持實(shí)驗(yàn)所需壓力，不能實(shí)現(xiàn)煤巖試樣局部塑形變形，這與煤巖的實(shí)際受力狀態(tài)存在很大的差異。真實(shí)煤巖的周?chē)牧?，由于?nèi)部存在各種差異，以及地質(zhì)上的原因，遠(yuǎn)端施加的壓力基本維持不變，當(dāng)局部煤巖受到外界擾動(dòng)時(shí)，被擾動(dòng)的煤巖先影響它周?chē)拿簬r部分，考慮到煤巖為不連續(xù)介質(zhì)，在它的內(nèi)部逐漸進(jìn)行吸收，當(dāng)煤巖受到一定荷載后，它的應(yīng)力及變形是一個(gè)逐漸傳遞及釋放的過(guò)程，對(duì)遠(yuǎn)端應(yīng)力變形影響較小。按照現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，被測(cè)煤巖試樣外部沒(méi)有相同的實(shí)驗(yàn)材料，缺少能量吸收的過(guò)程，與實(shí)際情況存在差距，不能實(shí)現(xiàn)深部原位煤巖圍壓加載過(guò)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述情況，要實(shí)現(xiàn)深部原位煤巖圍壓加載，被測(cè)煤巖試樣外側(cè)若采用其它材料包裹后，再施加圍壓壓力，與實(shí)際受力情況存在差異，它不能解決煤巖試樣周邊孔隙密實(shí)產(chǎn)生的壓力變化，以及煤巖試樣在軸向加載時(shí)，煤巖試樣表面與周邊產(chǎn)生的相互作用問(wèn)題，所以，無(wú)法實(shí)現(xiàn)深部原位煤巖試樣圍壓加載問(wèn)題。為解決此問(wèn)題，我們發(fā)明了一種深部原位煤巖圍壓加載腔體，此腔體的核心就是將被測(cè)煤巖試樣外部表面材料換成與之相同的煤巖材料，這樣，在進(jìn)行圍壓加載實(shí)驗(yàn)時(shí)，確保被測(cè)材料與周邊材料之間存在相互作用，與煤巖原始受力情況相同，由此保證了煤巖試樣在進(jìn)行圍壓軸向加載時(shí)，與原始情況相同。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種深部原位煤巖圍壓加載腔體，它是在被測(cè)煤巖試樣外部填充與之相同的實(shí)驗(yàn)材料，

在實(shí)驗(yàn)時(shí)，外界施加的圍壓不直接作用在被測(cè)煤巖試樣表面，而是作用在填充的實(shí)驗(yàn)材料上，此實(shí)驗(yàn)材料為粉狀，并且與待測(cè)煤巖試樣材料相同，因此，在力學(xué)上保證了兩者間具有相同的物理參數(shù)指標(biāo)，解決了原有圍壓介質(zhì)與被測(cè)煤巖材料圍壓變形不一致的問(wèn)題，由于填充的粉狀試樣對(duì)煤巖試樣間的相互影響較少，這樣既可以保證被測(cè)煤巖試樣與深部原位狀態(tài)相符，同時(shí)也減少了對(duì)煤巖圍壓加載后的力學(xué)指標(biāo)測(cè)定的影響。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種深部原位煤巖圍壓加載腔體的主體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種深部原位煤巖圍壓加載腔體上壓蓋俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明腔體的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

(1)為待測(cè)煤巖試樣，(2)為與煤巖試樣相同材料制成的粉狀試樣，(3)為工程塑料密封材料，用于粉狀試樣與施加圍壓的高壓油隔離，(4)為用于施加圍壓的高壓油腔體，(5)為待測(cè)煤巖試樣加載串下連接裝置，同時(shí)為工程塑料密封材料起到下支撐的作用，(6)為待測(cè)煤巖試樣加載串定位裝置，(7)為待測(cè)煤巖試樣軸向加載下支撐裝置，(8)為用于施加圍壓的高壓油腔體排氣管，(9)為排氣管控制閥，用于高壓油腔體內(nèi)空氣排放控制，(10)為待測(cè)煤巖試件與上連接裝置間的密封，防止粉狀試樣向上外溢，(11)待測(cè)煤巖試件與下連接裝置間的密封，防止粉狀試樣向下溢出，(12)為上連接裝置，有三個(gè)功能，首先起到壓住粉狀試樣的作用，其次起到被測(cè)煤巖試件與外界間密封件的連接固定，第三為工程塑料密封材料起到上支撐的作用，(13)為實(shí)驗(yàn)腔體的上部壓盤(pán)，用于連接實(shí)驗(yàn)腔體外殼，同時(shí)壓實(shí)上連接裝置，(14)為密封裝置，用于上連接裝置與實(shí)驗(yàn)腔體外殼間的密封，防止腔體中的施加圍壓的高壓油外滲，(15)為實(shí)驗(yàn)腔體外殼，(16)為固定螺栓，用于連接實(shí)驗(yàn)腔體外殼與上部壓盤(pán)的連接，(17)為帶有壓力表的控制閥，用于測(cè)定粉狀試樣的壓力，(18)為連接粉狀樣品與外界的連接通道，用于測(cè)定粉狀樣品壓力的外界的監(jiān)測(cè)通道，(19)為連接管路，提供粉狀樣品的通道，用于填充被測(cè)煤巖樣品與工程塑料密封材料之間的空間，(20)為連接油管管路，將外界泵源產(chǎn)生的高壓油送至圍壓腔體內(nèi)，(21)為被測(cè)煤巖樣品與加載試驗(yàn)機(jī)下壓盤(pán)間的連接桿件，用于傳遞軸向荷載，(22a)外部件，為高壓油泵源，用于提供圍壓壓力，(22b)外部件，為粉狀試樣泵，用于向腔體內(nèi)提供粉狀試樣，(22c)外部件，為壓力試驗(yàn)機(jī)上壓頭，(22d)外部件，為壓力試驗(yàn)機(jī)下平臺(tái)，(23)為加載腔體上部壓盤(pán)俯視結(jié)構(gòu)圖，(24)是提供粉狀試樣通道的連接管路，用于提供粉狀試樣，(25)是連接螺栓，用于上壓盤(pán)與實(shí)驗(yàn)腔體的固定連接，(26)連接桿件，用于將傳遞軸向荷載，(27)為連接桿件、被測(cè)煤巖樣品與上壓盤(pán)及上連接裝置間的環(huán)空，防止煤巖試件及連接桿件與周?chē)纬山佑|，(28)粉狀樣品與外界的連接通道，用于外界監(jiān)測(cè)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的核心為提供一種深部原位煤巖圍壓加載腔體，該圍壓加載腔體能夠?qū)崿F(xiàn)被測(cè)煤巖試樣在試驗(yàn)時(shí)，與深部原位狀態(tài)一致，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確度，滿足對(duì)深部煤巖原位測(cè)試的要求。

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

請(qǐng)參考圖1及圖2，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的一種深部原位煤巖圍壓加載腔體的主體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例的一種深部原位煤巖圍壓加載腔體上壓蓋俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

本發(fā)明提供了一種深部原位煤巖圍壓加載腔體，該腔體包括施加圍壓的高壓油腔體(4)，粉狀試樣(2)，粉狀試樣壓力測(cè)試裝置(17)，被測(cè)煤巖試樣(1)以及待測(cè)試樣加載串定位裝置(6)，圍壓腔體(15)及圍壓腔體上部壓盤(pán)(13)。在試驗(yàn)過(guò)程中，將帶有定位裝置的軸向加載下支撐裝置(6)放入實(shí)驗(yàn)腔體內(nèi)，用工程塑料密封材料(3)將待測(cè)煤巖試樣下連接裝置(5)與上連接裝置(12)連接，形成煤巖試樣外套，連接部位涂有密封膠，將待測(cè)煤巖試樣(1)放置煤巖試樣外套內(nèi)，煤巖試件與下連接裝置之間放置密封圈(11)，與上連接裝置之間放置密封圈(10)，形成煤巖試樣加載串，并將煤巖試樣加載串放入圍壓實(shí)驗(yàn)腔體外殼(15)內(nèi)，上連接裝置外部與試驗(yàn)腔體之間放置密封圈(14)，在煤巖試樣與工程塑料密封材料之間，放入與煤巖試樣相同材料的粉狀試樣(2)，粉狀試樣的高度略高于工程塑料密封材料高度，放上實(shí)驗(yàn)腔體上部壓盤(pán)(13)，并用螺栓(16)將上部壓盤(pán)與實(shí)驗(yàn)腔體連接，為便于連接，上部壓盤(pán)采用6條螺栓(25)固定，放入連接桿件(21)，此時(shí)可將完成好的深部原位煤巖圍壓加載腔體放入軸向壓縮試驗(yàn)機(jī)加載空間，為了能夠準(zhǔn)確模擬深部原位受力情況，可根據(jù)試驗(yàn)所采用的地質(zhì)資料，通過(guò)連接管路(19)及外界泵繼續(xù)添加粉狀試樣，打開(kāi)粉狀試樣與外界監(jiān)測(cè)通道(18)，排空粉狀試樣腔內(nèi)的空隙后，停止添加粉狀試樣，進(jìn)入粉狀試樣壓力監(jiān)測(cè)狀態(tài)，打開(kāi)腔體排氣管控制閥(9)，通過(guò)外界提供的液壓泵，向腔體內(nèi)注油，待施加圍壓的高壓腔體(4)內(nèi)充滿油，無(wú)空氣后，停止注油，關(guān)閉排氣管控制閥(9)，此時(shí)完成了所有準(zhǔn)備工作，根據(jù)實(shí)驗(yàn)選定實(shí)驗(yàn)圍壓，進(jìn)行軸向加載，由于待測(cè)煤巖試樣沒(méi)有與外界圍壓油直接相連，而是與被測(cè)材料相同的粉狀試樣相連，解決了圍壓油與被測(cè)煤巖試樣膨脹不同的缺點(diǎn)，由此實(shí)現(xiàn)了深部原位圍壓加載功能。

目前，其它的圍壓試驗(yàn)機(jī)，均采用圍壓油通過(guò)工程塑料密封材料隔離，直接將圍壓施加在被測(cè)煤巖試樣上，由于兩者膨脹不同，尤其針對(duì)深部圍壓較高的情況，難以實(shí)現(xiàn)原位加載。

通過(guò)本發(fā)明的一種深部原位煤巖圍壓加載腔體，被測(cè)煤巖試樣不直接與外界圍壓相連，而是通過(guò)與被測(cè)煤巖試樣相同的粉狀試樣相連，通過(guò)粉狀試樣將圍壓壓力傳遞給被測(cè)煤巖試樣，由于兩者的物理參數(shù)相同，這樣當(dāng)煤巖試樣受到軸向壓縮時(shí)，粉狀試樣施加的圍壓實(shí)驗(yàn)狀態(tài)與深部受力狀態(tài)相同，由此解決了深部原位圍壓實(shí)驗(yàn)問(wèn)題。