一种深部原位煤岩围压加载腔体的制作方法

本发明涉及煤岩测试领域，尤其涉及深部原位煤岩测试领域。

背景技术：

作为煤炭行业，能否实现长期安全稳定的开采，尤其是针对埋藏较深的煤层，就必须对所要开采的煤层进行各种指标测试以及破坏机理进行研究。

为了解决上述问题，目前人们采用的方法是：将待测目标煤层试块取出，按照测试指标加工好实验试样，试样的外形通常采用圆柱形试件。在采用圆柱形试样时，均采用围压轴向加载设备，此种设备的工作原理就是在加工好的圆柱形试样外部包裹一层工程塑料，此塑料的目的就是要将试样与外界加载介质分开，加载介质一般选用液压油进行加压，通过施加不同围压压力，即可模拟不同煤层深度。

基于上述实验方法，实验过程中，被测试的煤岩试样周围，不是被测煤岩试样材料，而是一种较薄的工程塑料，当煤岩试样进行轴向加载时，由于施加在工程塑料外侧的液压油是不可压缩的，它只能通过外界改变并维持实验所需压力，不能实现煤岩试样局部塑形变形，这与煤岩的实际受力状态存在很大的差异。真实煤岩的周围材料，由于内部存在各种差异，以及地质上的原因，远端施加的压力基本维持不变，当局部煤岩受到外界扰动时，被扰动的煤岩先影响它周围的煤岩部分，考虑到煤岩为不连续介质，在它的内部逐渐进行吸收，当煤岩受到一定荷载后，它的应力及变形是一个逐渐传递及释放的过程，对远端应力变形影响较小。按照现有的实验模式，被测煤岩试样外部没有相同的实验材料，缺少能量吸收的过程，与实际情况存在差距，不能实现深部原位煤岩围压加载过程。

技术实现要素：

针对上述情况，要实现深部原位煤岩围压加载，被测煤岩试样外侧若采用其它材料包裹后，再施加围压压力，与实际受力情况存在差异，它不能解决煤岩试样周边孔隙密实产生的压力变化，以及煤岩试样在轴向加载时，煤岩试样表面与周边产生的相互作用问题，所以，无法实现深部原位煤岩试样围压加载问题。为解决此问题，我们发明了一种深部原位煤岩围压加载腔体，此腔体的核心就是将被测煤岩试样外部表面材料换成与之相同的煤岩材料，这样，在进行围压加载实验时，确保被测材料与周边材料之间存在相互作用，与煤岩原始受力情况相同，由此保证了煤岩试样在进行围压轴向加载时，与原始情况相同。

本发明是这样实现的：

一种深部原位煤岩围压加载腔体，它是在被测煤岩试样外部填充与之相同的实验材料，

在实验时，外界施加的围压不直接作用在被测煤岩试样表面，而是作用在填充的实验材料上，此实验材料为粉状，并且与待测煤岩试样材料相同，因此，在力学上保证了两者间具有相同的物理参数指标，解决了原有围压介质与被测煤岩材料围压变形不一致的问题，由于填充的粉状试样对煤岩试样间的相互影响较少，这样既可以保证被测煤岩试样与深部原位状态相符，同时也减少了对煤岩围压加载后的力学指标测定的影响。

附图说明

图1为本发明实施例的一种深部原位煤岩围压加载腔体的主体结构示意图。

图2为本发明实施例的一种深部原位煤岩围压加载腔体上压盖俯视结构示意图。

下面结合附图对本发明腔体的具体实施方式作进一步详细的描述。

(1)为待测煤岩试样，(2)为与煤岩试样相同材料制成的粉状试样，(3)为工程塑料密封材料，用于粉状试样与施加围压的高压油隔离，(4)为用于施加围压的高压油腔体，(5)为待测煤岩试样加载串下连接装置，同时为工程塑料密封材料起到下支撑的作用，(6)为待测煤岩试样加载串定位装置，(7)为待测煤岩试样轴向加载下支撑装置，(8)为用于施加围压的高压油腔体排气管，(9)为排气管控制阀，用于高压油腔体内空气排放控制，(10)为待测煤岩试件与上连接装置间的密封，防止粉状试样向上外溢，(11)待测煤岩试件与下连接装置间的密封，防止粉状试样向下溢出，(12)为上连接装置，有三个功能，首先起到压住粉状试样的作用，其次起到被测煤岩试件与外界间密封件的连接固定，第三为工程塑料密封材料起到上支撑的作用，(13)为实验腔体的上部压盘，用于连接实验腔体外壳，同时压实上连接装置，(14)为密封装置，用于上连接装置与实验腔体外壳间的密封，防止腔体中的施加围压的高压油外渗，(15)为实验腔体外壳，(16)为固定螺栓，用于连接实验腔体外壳与上部压盘的连接，(17)为带有压力表的控制阀，用于测定粉状试样的压力，(18)为连接粉状样品与外界的连接通道，用于测定粉状样品压力的外界的监测通道，(19)为连接管路，提供粉状样品的通道，用于填充被测煤岩样品与工程塑料密封材料之间的空间，(20)为连接油管管路，将外界泵源产生的高压油送至围压腔体内，(21)为被测煤岩样品与加载试验机下压盘间的连接杆件，用于传递轴向荷载，(22a)外部件，为高压油泵源，用于提供围压压力，(22b)外部件，为粉状试样泵，用于向腔体内提供粉状试样，(22c)外部件，为压力试验机上压头，(22d)外部件，为压力试验机下平台，(23)为加载腔体上部压盘俯视结构图，(24)是提供粉状试样通道的连接管路，用于提供粉状试样，(25)是连接螺栓，用于上压盘与实验腔体的固定连接，(26)连接杆件，用于将传递轴向荷载，(27)为连接杆件、被测煤岩样品与上压盘及上连接装置间的环空，防止煤岩试件及连接杆件与周围形成接触，(28)粉状样品与外界的连接通道，用于外界监测。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种深部原位煤岩围压加载腔体，该围压加载腔体能够实现被测煤岩试样在试验时，与深部原位状态一致，提高试验的准确度，满足对深部煤岩原位测试的要求。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1及图2，图1为本发明实施例的一种深部原位煤岩围压加载腔体的主体结构示意图，图2为本发明实施例的一种深部原位煤岩围压加载腔体上压盖俯视结构示意图。

本发明提供了一种深部原位煤岩围压加载腔体，该腔体包括施加围压的高压油腔体(4)，粉状试样(2)，粉状试样压力测试装置(17)，被测煤岩试样(1)以及待测试样加载串定位装置(6)，围压腔体(15)及围压腔体上部压盘(13)。在试验过程中，将带有定位装置的轴向加载下支撑装置(6)放入实验腔体内，用工程塑料密封材料(3)将待测煤岩试样下连接装置(5)与上连接装置(12)连接，形成煤岩试样外套，连接部位涂有密封胶，将待测煤岩试样(1)放置煤岩试样外套内，煤岩试件与下连接装置之间放置密封圈(11)，与上连接装置之间放置密封圈(10)，形成煤岩试样加载串，并将煤岩试样加载串放入围压实验腔体外壳(15)内，上连接装置外部与试验腔体之间放置密封圈(14)，在煤岩试样与工程塑料密封材料之间，放入与煤岩试样相同材料的粉状试样(2)，粉状试样的高度略高于工程塑料密封材料高度，放上实验腔体上部压盘(13)，并用螺栓(16)将上部压盘与实验腔体连接，为便于连接，上部压盘采用6条螺栓(25)固定，放入连接杆件(21)，此时可将完成好的深部原位煤岩围压加载腔体放入轴向压缩试验机加载空间，为了能够准确模拟深部原位受力情况，可根据试验所采用的地质资料，通过连接管路(19)及外界泵继续添加粉状试样，打开粉状试样与外界监测通道(18)，排空粉状试样腔内的空隙后，停止添加粉状试样，进入粉状试样压力监测状态，打开腔体排气管控制阀(9)，通过外界提供的液压泵，向腔体内注油，待施加围压的高压腔体(4)内充满油，无空气后，停止注油，关闭排气管控制阀(9)，此时完成了所有准备工作，根据实验选定实验围压，进行轴向加载，由于待测煤岩试样没有与外界围压油直接相连，而是与被测材料相同的粉状试样相连，解决了围压油与被测煤岩试样膨胀不同的缺点，由此实现了深部原位围压加载功能。

目前，其它的围压试验机，均采用围压油通过工程塑料密封材料隔离，直接将围压施加在被测煤岩试样上，由于两者膨胀不同，尤其针对深部围压较高的情况，难以实现原位加载。

通过本发明的一种深部原位煤岩围压加载腔体，被测煤岩试样不直接与外界围压相连，而是通过与被测煤岩试样相同的粉状试样相连，通过粉状试样将围压压力传递给被测煤岩试样，由于两者的物理参数相同，这样当煤岩试样受到轴向压缩时，粉状试样施加的围压实验状态与深部受力状态相同，由此解决了深部原位围压实验问题。