发射事件，并进行裂纹起裂扩展定位;可视化监测系统5，主要利用高速摄像机记录煤岩薄板试件8裂纹起裂扩展直至破裂过程;应力-变形测试系统6，主要通过应力、应变和位移传感器对试验过程进行精确测量与控制，直接显示整个系统工作状况与测试结果。
[0022]实施方式1:
本实施示例中以300 X 300 X 20mm煤岩薄板试件为例。进行固定温度100°C条件下，平面应力加载的热力耦合试验。
[0023]采用所述的热力耦合条件下煤岩薄板平面应力状态试验装置的实验方法，包括如下步骤: 步骤一:实验前，首先要求将平面薄板装置底部支撑调整组件调整至水平状态；
步骤二:将300 X 300 X 20mm的煤岩薄板试件8夹装送入压力室，并对该试件平面双向同时施加较低的预应力紧固试件，同时通过轴向耐高温高压透明盖板9对其实施纵向位移约束；
步骤三:连通各监测装置，开启声发射监测系统4，高速摄像监测系统5，应力-变形测试系统6，准备实时监测、采集、处理数据；
步骤四:启动温度开关，通过底部温控加热垫板23进行温度加载，设定加热温度为100°C，加温至设定温度，保持恒温；
步骤五:对煤岩薄板试件8实施平面加载，并全程监测采集应力、应变、裂纹的起裂和扩展演化参数，直至试件破裂，至此本次热力耦合平面薄板试验完成。
[0024]实施方式2:
本实施示例中以200 X 200 X 20mm煤岩薄板试件为例。进行固定平面应力，分别为3MPa、5MPa条件下，温度加载热力耦合试验，温度加载梯度为20°C，保持恒温15分钟后升温至下一梯度。
[0025]采用所述的热力耦合条件下煤岩薄板平面应力状态试验装置的实验方法，包括如下步骤:
步骤一:实验前，首先要求将平面薄板装置底部支撑调整组件调整至水平状态；
步骤二:将200 X 200 X 20_的煤岩薄板试件8夹装送入压力室，并对该试件平面双向同时施加较低的预应力紧固试件，同时通过轴向耐高温高压透明盖板9对其实施纵向位移约束；
步骤三:连通各监测装置，开启声发射监测系统4，高速摄像监测系统5，应力-变形测试系统6准备实时监测、采集、处理数据；
步骤四:对煤岩薄板试件8实施平面加载，双向平面载荷分别加载至3MPa、5MPa，保持恒定；
步骤五:启动温度开关，通过底部温控加热垫板23进行温度加载，温度加载梯度20°C，保持15分钟后升温至下一梯度，并全程监测采集应力、应变、裂纹的起裂和扩展演化参数，直至试件破裂，至此本次热力耦合平面薄板试验完成。
[0026]综上所述，本发明主要用于热力耦合条件下煤岩平面薄板力学特性试验研究。
[0027]最后说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的实施方式已经对本发明进行了描述，但本领域的科研技术人员应当明白，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
【主权项】
1.一种热力耦合条件下煤岩薄板平面应力状态试验装置，其特征在于是一种模拟在双向应力作用下，温度达400°C环境条件下煤岩薄板平面应力状态的试验装置，该试验装置由轴向应变约束系统(1)、平面加载系统(2)、底部温控及支撑调整组件系统(3)、声发射监测系统(4)、可视化监测系统(5)以及应力-变形测试系统(6)六大系统组成，其所述的轴向应变约束系统(1)由联接轴向油缸的轴向轴套(13)、可隔绝高温热传递的轴向耐高压隔热传压板(11)、起传力作用的轴向传压杆(7)、传力圈梁(10)、能覆盖扁平自适应压头(20)的耐高温高压透明玻璃盖板(9)组成，该系统实现对平面薄板的纵向位移约束;其所述的平面加载系统(2)由可联接真三轴侧向油缸的平面水平加载轴套(16)、可隔绝高温热传递的平面水平方向耐高压隔热板(15)、起传力作用的组合传力扁杆(19)和扁平自适应压头(20)组成，该系统实现对煤岩平面薄板试件(8)施加平面载荷;其所述的底部温控及支撑调整组件系统(3)由对煤岩平面薄板试件(8)直接加热的底部温控加热垫板(23)、可隔绝高温热传递的底部耐高压隔热板(22)以及可调节压力室位置平衡的底部模型支撑调整组件(21)组成，该系统实现对煤岩平面薄板试件(8)支撑及施加温度控制;其所述的声发射监测系统(4)由目前国内外广泛使用的耐高温陶瓷声发射探头(25)以及声发射处理装置组成，该系统实现监测煤岩平面薄板试件(8)的三维定位，用来监测煤岩平面薄板试件(8)裂纹的起裂和扩展演化过程;其所述的可视化监测系统(5)由可记录煤岩平面薄板试件(8)裂纹起裂和扩展的目前广泛应用的记录速度达5000帧/秒以上的高速摄像机组成，该系统实现全程可视化记录;其所述的压力-变形测试系统(6)由各子系统中记录压力、应变的目前已经广泛使用的高精度传感器组成，该系统实现试验过程数字化控制及数据采集。2.按照权利要求1所述的一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置，其特征在于，所述的对煤岩平面薄板试件(8)实施热力耦合平面应力加载，可控制捕捉整个加载过程中的温度、应力、应变、起裂和裂纹扩展演化参数的特征信息，其水平方向的最大应力均达50MPa，最高加热温度达400°C。3.按照权利要求1所述的一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置，其特征在于，所述的煤岩平面薄板试件试件(8)尺寸为两种规格:200 X 200 X 20mm或300 X 300 X 20mm。4.按照权利要求1所述的一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置，其特征在于所述的煤岩平面薄板试件(8)是通过轴向应变约束系统(1)实现对煤岩平面薄板试件(8)的纵向应变控制，保障煤岩平面薄板试件(8)处于平面应力状态。5.按照权利要求1所述的一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置，其特征在于所述的煤岩平面薄板试件(8)需在热力耦合状态下实现全过程的可视化监测。6.权利要求1所述一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置的试验方法，其特征在于采用上述一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置，模拟煤岩薄板在平面应力状态下的热力耦合试验，最高加热温度达400°C，该方法要求对煤岩平面薄板试件(8)进行精密加工，底部模型支撑调整组件(21)调节平衡后，将煤岩平面薄板试件(8)置于压力室中，对其实施纵向位移约束，开启声发射监测系统(4)、可视化监测系统(5)、压力-变形测试系统(6)，设定加热温度，通过底部温控加热垫板(23)对煤岩平面薄板试件(8)进行加热，通过温控传感器控制温度，开启平面加载系统(2)对煤岩薄板试件(8)实施平面应力加载，整个热力耦合过程通过声发射监测系统(4)、可视化监测系统(5)、压力-变形测试系统(6)全程监测采集应力、应变、裂纹的起裂和扩展演化参数，其具体实施的步骤为: 步骤一:实验前，对200 X 200 X 20mm或300 X 300 X 20mm的煤岩薄板试件(8)进行高精度加工，首先要求将平面薄板装置底部支撑调整组件调整至水平状态； 步骤二:将煤岩薄板试件(8)夹装送入压力室，并对该试件平面双向同时施加较低的预应力紧固试件，同时通过轴向耐高温高压透明玻璃盖板(9)对该实施纵向位移约束； 步骤三:连通各监测装置，开启声发射监测系统(4)、可视化监测系统(5)、压力-应变测试系统(6)准备实时监测、采集、处理数据； 步骤四:启动温度开关，通过底部温控加热垫板(23)进行温度加载； 步骤五:启动平面加载系统(2 )，进行平面应力加载； 实施热力耦合加载的同时，实时监测、采集、处理数据，直至试件破裂，至此本次热力耦合条件下煤岩平面煤岩薄板试件力学特性试验完成。
【专利摘要】一种热力耦合条件下煤岩平面薄板试验装置及试验方法，属于岩体力学与工程技术领域范畴，其特征在于该装置由轴向应变约束系统1、平面加载系统2、底部温控及支撑调整组件系统3、声发射监测系统4、可视化监测系统5以及应力-变形测试系统6六大系统组成，可模拟热力耦合条件下，处于平面应力状态的煤岩平面煤岩薄板试件力学特性试验，通过声发射监测系统4、可视化监测系统5以及应力-变形测试系统6全程监测平面煤岩薄板试件在热力耦合条件下的裂缝的起裂、扩展特性，观察和分析掌握热力耦合条件下裂缝的形成及扩展机理，为平面煤岩薄板试件热力耦合作用下的破裂提供理论基础和实验依据。
【IPC分类】G01N3/18
【公开号】CN105424495
【申请号】CN201510750647
【发明人】梁卫国, 武鹏飞, 杨晓琴, 曹孟涛, 王志勇
【申请人】太原理工大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月6日