本發(fā)明涉及煤巖測(cè)試領(lǐng)域，尤其涉及深部煤巖測(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)加工成試驗(yàn)試件，試件的外形通常采用圓柱形試件。在采用圓柱形試件時(shí)，均采用圍壓軸向加載設(shè)備，采用此種設(shè)備的實(shí)驗(yàn)方法就是在加工好的圓柱形試件外部包裹一層工程塑料，此塑料的目的就是要將實(shí)驗(yàn)待測(cè)的圓柱形試件與外界加載介質(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的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
基于上述實(shí)驗(yàn)方法，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，被測(cè)煤巖試樣周圍，不是被測(cè)煤巖材料，而是一種較薄的工程塑料密封材料，在煤巖試樣進(jìn)行軸向加載時(shí)，由于施加在工程塑料密封材料外側(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)煤巖試件的局部塑形變形，這與煤巖的實(shí)際受力狀態(tài)存在很大的差異。真實(shí)的煤巖周圍材料，由于內(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)的煤巖先影響它周圍的煤巖部分，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，因此煤巖受力后，它的能量及變形是一個(gè)逐漸釋放的過(guò)程，對(duì)近端的影響較大，對(duì)遠(yuǎn)端的影響較小。按照現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，被測(cè)樣品外部沒(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，若采用傳統(tǒng)的測(cè)試方法，將被測(cè)煤巖外側(cè)若采用工程塑料密封材料包裹后，再施加圍壓壓力，這與實(shí)際受力情況存在差異，它不能解決煤巖周邊孔隙密實(shí)產(chǎn)生的壓力變化，以及煤巖在軸向加載時(shí)，煤巖表面與周邊產(chǎn)生相互作用，所以，無(wú)法實(shí)現(xiàn)深部原位煤巖圍壓加載問(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方法，此方法就是將被測(cè)煤巖表面材料換成與之相同的煤巖粉狀材料，這樣，在圍壓加載試驗(yàn)中，確保被測(cè)煤巖試樣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，由此保證了煤巖在進(jìn)行圍壓軸向加載時(shí)，實(shí)現(xiàn)原位加載。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種深部原位煤巖圍壓加載方法，它是在被測(cè)煤巖試件外部填充與之相同實(shí)驗(yàn)材料，此實(shí)驗(yàn)材料通過(guò)它外側(cè)的一種較薄工程塑料密封材料與外界施加圍壓的高壓油相連，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，外界施加的圍壓不直接作用在被測(cè)煤巖試件表面，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，與所測(cè)煤巖材料相同，在力學(xué)上保證了兩者間具有相同的橫向變形，解決了原有圍壓介質(zhì)與被測(cè)煤巖材料壓縮變形不一致的問(wèn)題，同時(shí)填充的粉狀試樣對(duì)煤巖試樣間的相互摩擦影響較少，這樣既可以保證被測(cè)煤巖試樣與原位狀態(tài)相符，對(duì)煤巖圍壓加載后的力學(xué)指標(biāo)測(cè)定影響較少。
附圖說(shuō)明
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的實(shí)驗(yàn)腔體示意圖。
(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)。
具體實(shí)施方式
一種深部原位煤巖圍壓加載方法的具體實(shí)施流程如下：
具體實(shí)施流程分為實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)兩大部分：
實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備流程如下：
(1)、將帶有定位裝置軸向加載下支撐裝置放入實(shí)驗(yàn)腔體外殼內(nèi)，并將實(shí)驗(yàn)腔體外殼放置單軸壓縮試驗(yàn)機(jī)加載空間內(nèi)。
(2)、用工程塑料密封材料將待測(cè)煤巖試樣下連接裝置與上連接裝置連接，形成待測(cè)煤巖試件外套，連接部位涂有密封膠。
(3)、將待測(cè)煤巖試件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，形成待測(cè)煤巖試樣加載串。
(4)、將待測(cè)煤巖試樣加載串放入實(shí)驗(yàn)腔體內(nèi)，此時(shí)，下連接裝置放置在定位裝置上，上連接裝置與實(shí)驗(yàn)腔體外殼放置密封圈，防止施加圍壓的高壓油腔體油外滲。
(5)、在待測(cè)煤巖試件與工程塑料密封材料之間，通過(guò)粉狀試樣泵，泵入與煤巖試樣相同材料的粉狀試樣。
(6)、放上實(shí)驗(yàn)腔體上部壓盤(pán)，并用螺栓將上部壓盤(pán)與實(shí)驗(yàn)腔體連接。
(7)、放入延伸桿，下端與待測(cè)煤巖試件相連，上端連接壓縮試驗(yàn)機(jī)加載頭。
(8)、將連接管路與外接高壓泵源相連。
實(shí)驗(yàn)流程如下：
(1)、打開(kāi)施加圍壓的高壓油腔體排氣管控制閥。
(2)、開(kāi)啟高壓油泵源，待排氣管出油無(wú)氣泡后，關(guān)閉排氣管控制閥。
(3)、檢測(cè)粉狀試樣壓力，排除粉狀試樣間的空隙。
(3)、開(kāi)啟單軸壓縮試驗(yàn)機(jī)，消除加載串中的間隙量。
(4)、按照試驗(yàn)所需圍壓壓力值大小，分級(jí)逐次加載圍壓及軸壓至圍壓規(guī)定數(shù)值，在圍壓加載過(guò)程中，軸向壓力壓可略大于圍壓數(shù)值，此時(shí)圍壓壓力放置自動(dòng)保壓狀態(tài)。
(5)、加載軸向載荷至煤巖試件破壞。