不同流体作用下煤体冲击倾向性测定试验装置的制作方法

本发明涉及煤炭地下开采冲击地压预警及防治工程，具体而言，涉及一种不同流体作用下煤体冲击倾向性测定试验装置。

背景技术：

1、煤炭资源开采逐步向着地下深部延伸，深部地下工程环境与浅部相比表现出新的特点，即高应力、高温度、高渗透压力及强开采扰动，这将使得诸多深部地下开采围岩问题伴随而来，其中冲击地压灾害被煤炭地下开采领域广泛关注。冲击地压一般指地下深部矿产开挖而引发强烈的围岩动力扰动现象，其表现形式主要包括：地下空间围岩体突然崩出、围岩大变形失稳、巷道底鼓等，同时甚至伴有气浪或巨响，这将会给深部煤炭资源开挖过程中人身及装备安全带来巨大隐患。诸多学者提出采用向开采空间周围煤体注入水、二氧化碳、氮气等流体进行卸压，以减弱冲击地压对地下深部采掘活动的危害；同时，井下煤体本身的冲击倾向性的强弱是发生冲击地压的前提要素，煤岩体的冲击倾向性是指受到外力作用所积蓄在煤岩体内部的能量达到一定条件而产生冲击破坏的能力，因此，深入研究不同流体作用下煤体的冲击倾向性研究对于地下煤体开采过程中冲击地压发生机制以及预测防治具有重要意义。

2、目前，国内外各专家对于不同流体作用下煤体冲击倾向性的研究并不多，其中最难以解决的问题便是如何实现在不同流体作用的同时实施煤体冲击倾向性测定试验，因此，设计一种能够实现不同流体作用条件下煤体试件冲击倾向性测定的试验装置是探究不同流体作用下井下冲击地压防治机理的基础。

3、目前涉及煤体冲击倾向性相关参量测试装置中国发明专利主要有：煤炭科学技术研究院有限公司的“含瓦斯煤层冲击倾向性鉴定装置及方法(cn106353187a)”；辽宁工程技术大学的“基于钻孔冲击当量应力的煤体冲击倾向性实验装置及方法(cn105223093a)”；河南理工大学的“用于单轴压缩测量含瓦斯煤冲击倾向性指标及声学特征的试验装置、试验系统和试验方法(cn106442736a)”；安徽理工大学的“一种组合煤岩冲击倾向性试验模拟装置及方法(cn107655762a)”。然而，以上的煤体冲击倾向性测试装置均存在无法实现用多种流体对煤体的作用测试其冲击倾向性等问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种不同流体作用下煤体冲击倾向性测定试验装置，以至少解决现有技术中的煤体冲击倾向性测定试验装置不能模拟多种流体对煤体作用的问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种不同流体作用下煤体冲击倾向性测定试验装置，包括压力釜系统、轴向加载系统、流体注入系统、流体压力调节系统、流体温度调节系统、试件变形监测系统与处理系统；其中，压力釜系统具有放置圆柱形的煤试件的三轴压力腔，轴向加载系统的一部分穿入三轴压力腔内，以为煤试件施加轴向载荷，流体注入系统内具有多种流体，以选择性地向三轴压力腔内输入至少一种流体，流体压力调节系统用于调整输入三轴压力腔内的流体压力，流体温度调节系统用于调整输入三轴压力腔内的流体温度，试件变形监测系统用于监测煤试件的变形量，处理系统与轴向加载系统、流体注入系统、流体压力调节系统、流体温度调节系统、试件变形监测系统均电连接，以进行控制和数据处理。

3、进一步地，压力釜系统包括三轴压力釜、压力釜钢制底座和试验平台钢制底座，三轴压力釜通过紧固件固定在压力釜钢制底座上，试验平台钢制底座固定在压力釜钢制底座上且位于三轴压力釜的三轴压力腔内，试验平台钢制底座用于承载煤试件。

4、进一步地，压力釜系统还包括轴向密封胶圈和围向密封橡胶套，轴向密封胶圈位于三轴压力釜内，轴向加载系统的一部分穿过轴向密封胶圈，围向密封橡胶套位于三轴压力釜和压力釜钢制底座之间。

5、进一步地，轴向加载系统包括电液伺服控制加载系统、轴向位移测试仪、传力组件、钢制法兰盘，钢制法兰盘固定在压力釜系统的上部，传力组件穿过钢制法兰盘，传力组件的下端对煤试件施加载荷，电液伺服控制加载系统对传力组件的上端施加载荷，轴向位移测试仪用于测试传力组件的轴向位移。

6、进一步地，传力组件包括从上到下依次连接的钢制加载杆、上部圆柱压头和钢制半球形调节座，钢制加载杆穿过钢制法兰盘，钢制半球形调节座的弧面与上部圆柱压头铰接，钢制半球形调节座的下部平面对煤试件施加载荷，轴向位移测试仪和钢制加载杆连接。

7、进一步地，流体注入系统包括水箱、氮气瓶、二氧化碳气瓶、流体排出阀、流体源输出管线、流体输入管线和流体输出管线，水箱、氮气瓶、二氧化碳气瓶分别和流体源输出管线连接，流体排出阀用于控制流体源输出管线的开闭，流体源输出管线和流体输入管线连接，流体输入管线位于压力釜系统内并和三轴压力腔连通，流体输出管线位于压力釜系统内并和三轴压力腔连通。

8、进一步地，流体注入系统还包括流体回收计量器，流体回收计量器和流体输出管线连通，流体压力调节系统包括气体液化装置、液体输出管线、轴流泵、加压输出管线、流体入口三通阀、流体出口三通阀、流体入口压力传感器和流体出口压力传感器，流体输出管线、气体液化装置、液体输出管线、轴流泵、加压输出管线和流体输入管线依次连接，气体液化装置在运行或停止时均可通过流体，轴流泵输出的流体的压力可调节，加压输出管线和流体输入管线通过流体入口三通阀连接，流体入口压力传感器安装在流体入口三通阀上，流体回收计量器和流体输出管线通过流体出口三通阀连接，流体出口压力传感器安装在流体出口三通阀上。

9、进一步地，流体温度调节系统包括石棉保温套、加热电阻丝、温度传感器和管线加热器，其中，石棉保温套包裹住三轴压力腔的侧壁，加热电阻丝位于三轴压力腔的侧壁内，温度传感器检测三轴压力腔内的温度，管线加热器用于加热流体注入系统内的管线。

10、进一步地，试件变形监测系统包括轴向接头、周向接头、轴向接线、周向接线、下部周向光纤光栅、轴向光纤光栅和上部周向光纤光栅；其中，轴向光纤光栅沿轴向粘贴在煤试件上，以测定煤试件轴向变形，轴向光纤光栅通过轴向接线与轴向接头相连，以传输监测数据；下部周向光纤光栅与上部周向光纤光栅间隔固定在煤试件的周向，以测定煤试件的周向变形，下部周向光纤光栅与上部周向光纤光栅通过周向接线与周向接头相连，以传输监测数据。

11、进一步地，试件变形监测系统还包括周向光纤光栅预紧装置，下部周向光纤光栅与上部周向光纤光栅通过周向光纤光栅预紧装置固定在煤试件上。

12、应用本发明的技术方案，提供了一种不同流体作用下煤体冲击倾向性测定试验装置，包括压力釜系统、轴向加载系统、流体注入系统、流体压力调节系统、流体温度调节系统、试件变形监测系统与处理系统；其中，压力釜系统具有放置圆柱形的煤试件的三轴压力腔，轴向加载系统的一部分穿入三轴压力腔内，以为煤试件施加轴向载荷，流体注入系统内具有多种流体，以选择性地向三轴压力腔内输入至少一种流体，流体压力调节系统用于调整输入三轴压力腔内的流体压力，流体温度调节系统用于调整输入三轴压力腔内的流体温度，试件变形监测系统用于监测煤试件的变形量，处理系统与轴向加载系统、流体注入系统、流体压力调节系统、流体温度调节系统、试件变形监测系统均电连接，以进行控制和数据处理。该方案可模拟原位地应力环境中不同流体对煤体冲击倾向性的作用影响，实现对不同温度、压力的多种流体及其不同作用时间条件下煤体冲击倾向性试验研究。

13、本发明能够实现模拟原位地应力环境中不同流体对煤体冲击倾向性的作用影响，能够实现对不同温度、压力的多种流体及其不同作用时间条件下煤体冲击倾向性试验研究，能够解决现有设备无法实现多种流体对煤体的作用测试其冲击倾向性，以及无法实现不同流体及围压环境中煤体冲击倾向性参数的精准测试。此外，本装置还配有不同尺寸上部圆柱压头及相对应的钢制半球形调节座，能够实现对直径为50mm、75mm与150mm及对应高度为50mm、75mm与150mm的煤试件，或其他尺寸的煤试件的冲击倾向性开展试验研究。