本實(shí)用新型屬于煤巖體室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于真三軸加載下的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)：

沖擊地壓是指井巷或工作面的周圍巖體瞬間釋放彈性變性能而產(chǎn)生突然劇烈破壞的動力現(xiàn)象，在沖擊地壓發(fā)生時，常伴有大量煤巖體的拋出，同時伴有巨大的聲響和巖體震動，導(dǎo)致巷道或工作面瞬間損毀，輕則造成設(shè)備的損壞，重則導(dǎo)致井下工作人員的傷亡。

近年來，隨著煤炭工業(yè)正式進(jìn)入深部開采階段，受到深部“三高一擾動”作用，沖擊地壓事故的發(fā)生頻率也呈現(xiàn)出明顯的上升趨勢，因此，通過對深部“三高一擾動”作用下的煤巖體開展力學(xué)行為研究，監(jiān)測煤巖體受載破壞過程中產(chǎn)生的聲發(fā)射信號和電信號，分析其時空演化規(guī)律，可以幫助技術(shù)人員了解深部煤巖體在工程擾動過程中的災(zāi)變孕育機(jī)制，并建立相應(yīng)的煤巖體災(zāi)變判定及防治技術(shù)，對實(shí)現(xiàn)深部煤炭的安全開采具有重要的科學(xué)意義和工程價值。

但是，想要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，通常需要進(jìn)行煤巖體室內(nèi)力學(xué)試驗(yàn)，而目前采用的煤巖體力學(xué)行試驗(yàn)裝置還大多停留在常規(guī)三軸加載階段，難以模擬煤巖體的真實(shí)賦存狀態(tài)，而試驗(yàn)所得的煤巖體力學(xué)行為演化規(guī)律也難以反映實(shí)際情況。

因此，亟需研制一種能夠滿足真三軸加載條件的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置，其應(yīng)具備以下三個條件：①、具備單獨(dú)施加三向不等載荷的能力；②、具備使煤巖體處于高壓力流體環(huán)境并對壓力變化進(jìn)行監(jiān)測記錄的能力；③、具備對煤巖體在真三軸加載過程中產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、聲發(fā)射信號及電信號參量進(jìn)行監(jiān)測記錄的能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實(shí)用新型提供一種基于真三軸加載下的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置，具備單獨(dú)施加三向不等載荷的能力，具備使煤巖體處于高壓力流體環(huán)境并對壓力變化進(jìn)行監(jiān)測記錄的能力，具備對煤巖體在真三軸加載過程中產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、聲發(fā)射信號及電信號等參量進(jìn)行監(jiān)測記錄的能力，通過試驗(yàn)所得的煤巖體力學(xué)行為演化規(guī)律可以更好的反映實(shí)際情況，為深部礦井動力災(zāi)害預(yù)測防治提供理論依據(jù)和工程指導(dǎo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種基于真三軸加載下的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置，包括壓力腔室、第一水平應(yīng)力加載油缸、第二水平應(yīng)力加載油缸、第三水平應(yīng)力加載油缸、第四水平應(yīng)力加載油缸及豎直應(yīng)力加載油缸；

所述壓力腔室采用方形結(jié)構(gòu)，在壓力腔室的四個側(cè)壁上分別開設(shè)有第一水平應(yīng)力加載孔、第二水平應(yīng)力加載孔、第三水平應(yīng)力加載孔及第四水平應(yīng)力加載孔，在壓力腔室的底板上開設(shè)有豎直應(yīng)力加載孔，在壓力腔室的頂板上開設(shè)有試樣裝卸通過孔，試樣裝卸通過孔上安裝有可拆卸式密封蓋板，在壓力腔室的側(cè)壁上開設(shè)有流體充裝孔；

在所述第一水平應(yīng)力加載孔內(nèi)安裝有第一水平應(yīng)力加載壓桿，第一水平應(yīng)力加載壓桿與第一水平應(yīng)力加載孔密封滑動配合，所述第一水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿與第一水平應(yīng)力加載壓桿的外端相固連，第一水平應(yīng)力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第二水平應(yīng)力加載孔內(nèi)安裝有第二水平應(yīng)力加載壓桿，第二水平應(yīng)力加載壓桿與第二水平應(yīng)力加載孔密封滑動配合，所述第二水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿與第二水平應(yīng)力加載壓桿的外端相固連，第二水平應(yīng)力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第三水平應(yīng)力加載孔內(nèi)安裝有第三水平應(yīng)力加載壓桿，第三水平應(yīng)力加載壓桿與第三水平應(yīng)力加載孔密封滑動配合，所述第三水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿與第三水平應(yīng)力加載壓桿的外端相固連，第三水平應(yīng)力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第四水平應(yīng)力加載孔內(nèi)安裝有第四水平應(yīng)力加載壓桿，第四水平應(yīng)力加載壓桿與第四水平應(yīng)力加載孔密封滑動配合，所述第四水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿與第四水平應(yīng)力加載壓桿的外端相固連，第四水平應(yīng)力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述豎直應(yīng)力加載孔內(nèi)安裝有豎直應(yīng)力加載壓桿，豎直應(yīng)力加載壓桿與豎直應(yīng)力加載孔密封滑動配合，所述豎直應(yīng)力加載油缸的活塞桿與豎直應(yīng)力加載壓桿的外端相固連，豎直應(yīng)力加載油缸通過缸體與壓力腔室的外壁相固連；

在所述第一水平應(yīng)力加載壓桿的內(nèi)端、第二水平應(yīng)力加載壓桿的內(nèi)端、第三水平應(yīng)力加載壓桿的內(nèi)端、第四水平應(yīng)力加載壓桿的內(nèi)端、豎直應(yīng)力加載壓桿的內(nèi)端及可拆卸式密封蓋板的下表面均安裝有壓頭；

在所述壓頭的側(cè)表面開設(shè)有聲發(fā)射探頭卡槽，在聲發(fā)射探頭卡槽安裝有聲發(fā)射探頭，通過聲發(fā)射探頭對聲發(fā)射信號進(jìn)行測量；在所述壓力腔室的內(nèi)表面安裝有微電敏感鎳鈷極片，通過微電敏感鎳鈷極片對電信號進(jìn)行測量；

在所述第一水平應(yīng)力加載壓桿與第一水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿之間、第二水平應(yīng)力加載壓桿與第二水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿之間、第三水平應(yīng)力加載壓桿與第三水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿之間、第四水平應(yīng)力加載壓桿與第四水平應(yīng)力加載油缸的活塞桿之間、豎直應(yīng)力加載壓桿與豎直應(yīng)力加載油缸的活塞桿之間均加裝有應(yīng)力傳感器。

所述第一水平應(yīng)力加載油缸、第二水平應(yīng)力加載油缸、第三水平應(yīng)力加載油缸、第四水平應(yīng)力加載油缸及豎直應(yīng)力加載油缸的缸體與壓力腔室的外壁之間均安裝有剛性連接筒，所述第一水平應(yīng)力加載壓桿、第二水平應(yīng)力加載壓桿、第三水平應(yīng)力加載壓桿、第四水平應(yīng)力加載壓桿及豎直應(yīng)力加載壓桿與各自對應(yīng)的剛性連接筒之間均安裝有光柵傳感器，通過光柵傳感器對各個水平應(yīng)力加載壓桿的位移量進(jìn)行測量。

所述剛性連接筒與壓力腔室的外壁之間采用兩級連接方式，剛性連接筒連接端具有外螺紋，并通過外螺紋與壓力腔室的外壁進(jìn)行第一級的螺紋連接，在外螺紋末端的剛性連接筒上設(shè)置有法蘭盤，并通過法蘭盤與壓力腔室的外壁進(jìn)行第二級的螺栓連接。

在所述壓力腔室的側(cè)壁上安裝有信號傳輸插座，信號傳輸插座整體呈圓盤形，在信號傳輸插座的中心設(shè)置有電信號傳輸接口，在信號傳輸插座的圓周側(cè)設(shè)置有聲發(fā)射信號傳輸接口。

所述壓頭按照不同尺寸設(shè)置有若干組，用于適配不同尺寸的煤巖體試樣。

本實(shí)用新型的有益效果：

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具備單獨(dú)施加三向不等載荷的能力，具備使煤巖體處于高壓力流體環(huán)境并對壓力變化進(jìn)行監(jiān)測記錄的能力，具備對煤巖體在真三軸加載過程中產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變、聲發(fā)射信號及電信號參量進(jìn)行監(jiān)測記錄的能力，通過試驗(yàn)所得的煤巖體力學(xué)行為演化規(guī)律可以更好的反映實(shí)際情況，為深部礦井動力災(zāi)害預(yù)測防治提供理論依據(jù)和工程指導(dǎo)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種基于真三軸加載下的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置正向剖視圖；

圖2為本實(shí)用新型的一種基于真三軸加載下的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置俯向剖視圖；

圖3為本實(shí)用新型的壓力腔室正向剖視圖；

圖4為本實(shí)用新型的壓力腔室俯向剖視圖；

圖中，1—壓力腔室，2—第一水平應(yīng)力加載油缸，3—第二水平應(yīng)力加載油缸，4—第三水平應(yīng)力加載油缸，5—第四水平應(yīng)力加載油缸，6—豎直應(yīng)力加載油缸，7—第一水平應(yīng)力加載孔，8—第二水平應(yīng)力加載孔，9—第三水平應(yīng)力加載孔，10—第四水平應(yīng)力加載孔，11—豎直應(yīng)力加載孔，12—試樣裝卸通過孔，13—可拆卸式密封蓋板，14—第一水平應(yīng)力加載壓桿，15—第二水平應(yīng)力加載壓桿，16—第三水平應(yīng)力加載壓桿，17—第四水平應(yīng)力加載壓桿，18—豎直應(yīng)力加載壓桿，19—流體充裝孔，20—壓頭，21—聲發(fā)射探頭，22—微電敏感鎳鈷極片，23—應(yīng)力傳感器，24—剛性連接筒。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1～4所示，一種基于真三軸加載下的煤巖體多參量監(jiān)測試驗(yàn)裝置，包括壓力腔室1、第一水平應(yīng)力加載油缸2、第二水平應(yīng)力加載油缸3、第三水平應(yīng)力加載油缸4、第四水平應(yīng)力加載油缸5及豎直應(yīng)力加載油缸6；

所述壓力腔室1采用方形結(jié)構(gòu)，在壓力腔室1的四個側(cè)壁上分別開設(shè)有第一水平應(yīng)力加載孔7、第二水平應(yīng)力加載孔8、第三水平應(yīng)力加載孔9及第四水平應(yīng)力加載孔10，在壓力腔室1的底板上開設(shè)有豎直應(yīng)力加載孔11，在壓力腔室的頂板上開設(shè)有試樣裝卸通過孔12，試樣裝卸通過孔12上安裝有可拆卸式密封蓋板13，在壓力腔室1的側(cè)壁上開設(shè)有流體充裝孔19；

在所述第一水平應(yīng)力加載孔7內(nèi)安裝有第一水平應(yīng)力加載壓桿14，第一水平應(yīng)力加載壓桿14與第一水平應(yīng)力加載孔7密封滑動配合，所述第一水平應(yīng)力加載油缸2的活塞桿與第一水平應(yīng)力加載壓桿14的外端相固連，第一水平應(yīng)力加載油缸2通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第二水平應(yīng)力加載孔8內(nèi)安裝有第二水平應(yīng)力加載壓桿15，第二水平應(yīng)力加載壓桿15與第二水平應(yīng)力加載孔8密封滑動配合，所述第二水平應(yīng)力加載油缸3的活塞桿與第二水平應(yīng)力加載壓桿15的外端相固連，第二水平應(yīng)力加載油缸3通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第三水平應(yīng)力加載孔9內(nèi)安裝有第三水平應(yīng)力加載壓桿16，第三水平應(yīng)力加載壓桿16與第三水平應(yīng)力加載孔9密封滑動配合，所述第三水平應(yīng)力加載油缸4的活塞桿與第三水平應(yīng)力加載壓桿16的外端相固連，第三水平應(yīng)力加載油缸4通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第四水平應(yīng)力加載孔10內(nèi)安裝有第四水平應(yīng)力加載壓桿17，第四水平應(yīng)力加載壓桿17與第四水平應(yīng)力加載孔10密封滑動配合，所述第四水平應(yīng)力加載油缸5的活塞桿與第四水平應(yīng)力加載壓桿17的外端相固連，第四水平應(yīng)力加載油缸5通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述豎直應(yīng)力加載孔11內(nèi)安裝有豎直應(yīng)力加載壓桿18，豎直應(yīng)力加載壓桿18與豎直應(yīng)力加載孔11密封滑動配合，所述豎直應(yīng)力加載油缸6的活塞桿與豎直應(yīng)力加載壓桿18的外端相固連，豎直應(yīng)力加載油缸6通過缸體與壓力腔室1的外壁相固連；

在所述第一水平應(yīng)力加載壓桿14的內(nèi)端、第二水平應(yīng)力加載壓桿15的內(nèi)端、第三水平應(yīng)力加載壓桿16的內(nèi)端、第四水平應(yīng)力加載壓桿17的內(nèi)端、豎直應(yīng)力加載壓桿18的內(nèi)端及可拆卸式密封蓋板13的下表面均安裝有壓頭20；

在所述壓頭20的側(cè)表面開設(shè)有聲發(fā)射探頭卡槽，在聲發(fā)射探頭卡槽安裝有聲發(fā)射探頭21，通過聲發(fā)射探頭21對聲發(fā)射信號進(jìn)行測量；在所述壓力腔室1的內(nèi)表面安裝有微電敏感鎳鈷極片22，通過微電敏感鎳鈷極片22對電信號進(jìn)行測量；

在所述第一水平應(yīng)力加載壓桿14與第一水平應(yīng)力加載油缸2的活塞桿之間、第二水平應(yīng)力加載壓桿15與第二水平應(yīng)力加載油缸3的活塞桿之間、第三水平應(yīng)力加載壓桿16與第三水平應(yīng)力加載油缸4的活塞桿之間、第四水平應(yīng)力加載壓桿17與第四水平應(yīng)力加載油缸5的活塞桿之間、豎直應(yīng)力加載壓桿18與豎直應(yīng)力加載油缸6的活塞桿之間均加裝有應(yīng)力傳感器23。

所述第一水平應(yīng)力加載油缸2、第二水平應(yīng)力加載油缸3、第三水平應(yīng)力加載油缸4、第四水平應(yīng)力加載油缸5及豎直應(yīng)力加載油缸6的缸體與壓力腔室1的外壁之間均安裝有剛性連接筒24，所述第一水平應(yīng)力加載壓桿14、第二水平應(yīng)力加載壓桿15、第三水平應(yīng)力加載壓桿16、第四水平應(yīng)力加載壓桿17及豎直應(yīng)力加載壓桿18與各自對應(yīng)的剛性連接筒24之間均安裝有光柵傳感器，通過光柵傳感器對各個水平應(yīng)力加載壓桿的位移量進(jìn)行測量。

所述剛性連接筒24與壓力腔室1的外壁之間采用兩級連接方式，剛性連接筒24連接端具有外螺紋，并通過外螺紋與壓力腔室1的外壁進(jìn)行第一級的螺紋連接，在外螺紋末端的剛性連接筒24上設(shè)置有法蘭盤，并通過法蘭盤與壓力腔室1的外壁進(jìn)行第二級的螺栓連接。

在所述壓力腔室1的側(cè)壁上安裝有信號傳輸插座，信號傳輸插座整體呈圓盤形，在信號傳輸插座的中心設(shè)置有電信號傳輸接口，在信號傳輸插座的圓周側(cè)設(shè)置有聲發(fā)射信號傳輸接口。本實(shí)施例中，電信號傳輸接口和聲發(fā)射信號傳輸接口均采用銅質(zhì)內(nèi)芯的內(nèi)/外接BNC接口，且銅質(zhì)內(nèi)芯與信號傳輸插座的座體之間涂裝有高強(qiáng)度絕緣凝膠。

所述壓頭20按照不同尺寸設(shè)置有若干組，用于適配不同尺寸的煤巖體試樣。

下面結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的一次使用過程：

本實(shí)施例中，第一水平應(yīng)力加載油缸2、第二水平應(yīng)力加載油缸3、第三水平應(yīng)力加載油缸4及第四水平應(yīng)力加載油缸5均采用600kN液壓油缸，豎直應(yīng)力加載油缸6采用1300kN液壓油缸。壓頭20設(shè)置兩組，第一組尺寸規(guī)格為50mm×50mm及50mm×100mm，第二組尺寸規(guī)格為100mm×100mm。

先將選中的壓頭20分別安裝到相應(yīng)的水平應(yīng)力加載壓桿及可拆卸式密封蓋板13上，再將聲發(fā)射探頭安裝到壓頭20的聲發(fā)射探頭卡槽內(nèi)，然后將聲發(fā)射探頭的信號線連接至聲發(fā)射信號傳輸接口。

將煤巖體試樣通過試樣裝卸通過孔12送入壓力腔室1內(nèi)，再分別通過第一水平應(yīng)力加載油缸2與第三水平應(yīng)力加載油缸4配合、第二水平應(yīng)力加載油缸3與第四水平應(yīng)力加載油缸5配合完成煤巖體試樣的初步對中夾緊，在煤巖體試樣與壓頭20之間安裝位移傳感器，然后將可拆卸式密封蓋板13裝回到試樣裝卸通過孔12上，完成壓力腔室1的密封。

控制豎直應(yīng)力加載油缸6動作，直至完成煤巖體試樣的精確對中夾緊，再按照目標(biāo)載荷對煤巖體試樣進(jìn)行加載，等目標(biāo)載荷加載完畢后，通過流體充裝孔19向壓力腔室1內(nèi)注入流體，直至流體環(huán)境壓力達(dá)到設(shè)定值為止，同時對流體環(huán)境壓力進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

通過聲發(fā)射探頭監(jiān)測聲發(fā)射信號，通過微電敏感鎳鈷極片22監(jiān)測電信號，通過應(yīng)力傳感器23監(jiān)測應(yīng)力加載參數(shù)，通過位移傳感器監(jiān)測應(yīng)變參數(shù)，直到煤巖體試樣破壞而失去承載能力后，結(jié)束試驗(yàn)，并對采集到的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄存儲。之后，先卸去壓力腔室1內(nèi)的流體，再卸去應(yīng)力載荷，然后卸下可拆卸式密封蓋板13，最后將煤巖體試樣取出，即可準(zhǔn)備下一次試驗(yàn)。

實(shí)施例中的方案并非用以限制本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍，凡未脫離本實(shí)用新型所為的等效實(shí)施或變更，均包含于本案的專利范圍中。