真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于煤炭科研技术领域，特别涉及一种用于进行不同三向地应力、不同瓦斯压力条件下的真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统。
【背景技术】
[0002]目前，煤与瓦斯突出是发生在煤矿井下的一种极其复杂的动力失稳现象，是煤矿井下生产最严重的灾害之一，可造成煤岩体击中或掩埋井下人员、摧毁井下设施等事故，甚至摧毁整个工作面，负面影响极为恶劣。因发生在煤矿井下的煤与瓦斯突出，具有时间短、危害大等特点，对现场煤与瓦斯突出过程进行全方位实施研究危险性大的缘故，学者们目前主要依靠实验室模型试验手段进行煤与瓦斯突出机制的研究和探索。
[0003]煤与瓦斯突出机理中“综合作用假说”因为全面考虑了地应力、瓦斯压力和煤的物理力学性质等因素而被广泛认可。但是地应力、瓦斯压力、和煤的物理力学性质等因素各自在突出过程中的真正作用机制并仍未被正确揭示。由于煤与瓦斯突出的高度非线性，采用物理模拟方法研究是目前普遍采用的方法。
[0004]目前，国内外相关科研机构已开展了大量的煤与瓦斯突出相似模拟试验研究工作，研制了一系列煤与瓦斯突出模拟试验装置，研究现状如下:
[0005](I)申请号为200810069276.X的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验台，实用新型通过多组液压千斤顶向煤样轴向施压，通过充气口向煤样内充瓦斯，装置突出口通过瞬间释放机构实施机械化自动控制，高速打开突出口。
[0006](2)申请号为200810233048.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模具，在底板的中央开设有充气孔，该充气孔中安装进气嘴；前端板的中部开设定位孔，该定位孔中安装突出口。
[0007](3)申请号为200910103154.2的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出综合试验装置，该装置包括煤样室、地应力模拟加载系统和气压加载设备，地应力模拟加载系统的施力胶囊和加载装置设置在密闭容器内，充压设备的充压通道与胶囊壁夹层相通，加载装置包括至少两个加载块，煤样室由加载块围成，相邻加载块之间存在间隙，通过压力采集装置和摄像机观测试验结果。但该装置不能进行地应力加载。
[0008](4)申请号为200910103155.7的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验快速泄压的煤样室，包括煤样室本体，煤样室本体设置煤与瓦斯喷出口和压力气体进口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，煤样室本体内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为平衡腔，平衡腔设置压力平衡气体进口。泄压采用隔膜，试验过程复杂，不方便操作。
[0009](5)申请号为200910103157.6的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出试验装置，包括煤样室、气压加载设备，煤样室设置煤与瓦斯喷出口，煤与瓦斯喷出口设置控制阀，气压加载设备的加压气体通道与煤样室内部相通，煤样室内在控制阀前设置隔膜，隔膜与控制阀之间的空腔为接有平衡气压加载设备的平衡腔，还包括设置在煤样室内的压力采集装置和设置在煤样室外部的摄像机，煤样室与摄像机相对的位置透明设置。但该装置不能进行地应力加载。
[0010](6)申请号为201010149061.6的中国专利公开了一种煤与瓦斯突出模拟试验装置，包括:钢筒，设置在钢筒两端的法兰盘，充气系统和数据采集系统；设置在钢筒一端的法兰盘为带有中心孔的法兰盘，并在该法兰盘与钢筒的非安装侧设置防爆片。但该装置不能进行地应力加载。
[0011](7)申请号为201110021828.1的中国专利公开了一种煤与瓦斯实验模拟装置，包括煤样室和气压加载设备，所述煤样室中设置有至少一个用于放置煤样的煤样型腔，气压加载设备包括瓦斯气瓶和与瓦斯气瓶连接的加压气体通道，煤样室上设置有工作时与煤样型腔连通的煤与瓦斯喷出口，喷出口上设置有用于控制喷出口导通的控制装置，在煤样室外设置有用于对煤样型腔内部煤样拍照的第一照相机，喷出口设置有用于拍摄煤与瓦斯喷出的第二照相机。
[0012](8)申请号为201110324127.5的中国专利公开了一种石门揭煤时煤与瓦斯突出模拟试验系统，其包括顶部设置有开口的箱体，该箱体开口配置有一加载钢板，密闭腔体内铺设有顶板与底板，顶板与底板之间铺设有煤层，该煤层与水平面形成一倾斜角，突出模拟巷道在底板内延伸直至与煤层交汇，瓦斯采用面充气结构，突出口设置快速开启密封结构。
[0013]综合分析上述单位的模型试验台架装置系统，还存在以下不足之处:
[0014]1.上述模拟试验装置无法实现煤与瓦斯吸附特性测试。
[0015]2.上述试验装置不论大小，大部分只能进行单向加载，不能真实模拟真三轴高地应力加载；
[0016]3.上述模型试验装置试验过程中操作复杂，大部分仅能定性的观察突出现象，不能一次性完整采集煤与瓦斯突出试验过程中的压力及温度等参数的瞬态变化规律，实现定量分析。
[0017]为了更好地研究不同条件地应力和瓦斯压力条件下煤与瓦斯吸附特性及煤与瓦斯突出机理及发生条件，需要研制一种真三轴煤与瓦斯吸附解吸与突出试验装置，以便解释煤与瓦斯突出吸附特性和发生机理。
【实用新型内容】
[0018]本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统，其能够研究型煤在不同真三轴地应力、不同瓦斯压力条件下煤对瓦斯的吸附解析特性和煤与瓦斯突出机理。
[0019]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0020]一种真三轴煤与瓦斯吸附解吸和突出试验装置系统，包括由若干节筒状单元顺次连接组成的筒形煤样室结构，每个筒状单元外周上均设有若干能够检测其内部的型煤温度和气体压力的压力及温度传感器，以及筒状单元外周上对称设置有四个加载装置，加载装置沿筒状单元径向伸入筒状单元内腔中与加载板相连，且能通过加载板对筒状单元内腔中的型煤施加侧向地应力；所述筒形煤样室结构两端分别设置有反力盖，其中一端的反力盖中设置有内侧面与筒形煤样室结构的内腔相通的面式充气加载盘，用来施加轴压，所述侧向地应力和轴压共同组成三向地应力，另一端设有工作时与筒形煤样室结构的内腔连通的煤与瓦斯喷出口，在煤与瓦斯喷出口处设置有用于控制喷出口导通的瞬间释放机构；
[0021]所述面式充气加载盘外侧连接有加载活塞杆，加载活塞杆中设有抽真空及瓦斯充填孔道，抽真空及瓦斯充填孔道外端通过三通分别与外部抽真空设备和瓦斯充填设备相连通。
[0022]所述抽真空及瓦斯充填孔道的外部三通的两出口上各安置控制开关。
[0023]所述抽真空及瓦斯充填孔道的内部出口与面式充气加载盘表面交叉设置的发放射状和环状沟槽相通。
[0024]所述筒状单元的内腔为方形，筒状单元是由沿其内腔方形的对角线向外延伸形成对称的四瓣式反力块连接组成，筒状单元的外圆周上设有若干向内凹陷的槽，压力及温度传感器和加载装置均安装于槽中。
[0025]每一个筒状单元的内腔中均有四块与方形内腔壁相匹配的加载板，四块加载板组成的空间形成煤样室，每一块加载板通过与其相连的加载装置能够自由沿直线移动，实现对煤样室中型煤上、下、左、右方向的挤压。<