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煤岩三轴宏-细观观测系统

发布于:2016-06-21

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1、系统功能

  煤岩三轴宏-细观观测系统是一种进行煤岩物理力学参数测定、煤岩静态原始损伤观测、加载条件下煤岩试件表面裂隙演化过程观测和煤岩渗透特性相关测试的综合测试系统。

  本测试系统可以模拟单轴、三轴(σ2=σ3)受力状态或不同瓦斯压力环境。采集和分析煤岩在破坏过程中宏、细观变形,裂纹演化及声发射等变化规律。宏观实验主要通过测试煤岩试件在不同加载条件下的力学响应,细观实验部分主要通过视窗对裂纹进行采集,获取直接观测可视图片,结合声发射等技术监测手段,对不同应力或不同瓦斯压力耦合作用下的煤岩受压破坏过程中微裂纹的产生、扩展直至断裂的动态过程实施观测,为细观研究探讨煤岩失稳破坏、煤与瓦斯突出机制等提供理论基础。

2、系统组成

  测试系统由试件夹持器、应力加载系统、应变监测系统、声发射系统、显微镜观测系统组成。

  1)由实验室自行设计的试件夹持器是煤岩试件进行实验的场所,除满足传统实验条件外,在夹持器前面开有视窗,透过视窗可以直接观测煤岩试件在三轴条件下的变化情况。

  2)应力加载系统主要由计量泵组成,与夹持器连接,提供实验所需的轴压、围压、孔隙压。计量泵有流量和压力梯度两种加载方式,通过与计量泵连接的电脑进行控制并获得相应的应力及流量数据。

  3)应变监测系统采用JC-4A静态应变仪,通过粘贴在试件表面的应变片采集实验过程中试件的应变数据。

  4)声发射设备采用德国Vallen公司生产的AMSY-6声发射仪,可以获得撞击计数、振铃计数、事件计数、能量计数等多种声发射参数,并可通过配套的声发射分析软件进行声发射参数相关性分析、频谱分析和小波分析等。  

  5)显微镜观测系统主要由UWZ100超长工作距离光学视频显微镜组成,配置特殊光源,可获得微米级别的图像,显微镜支座通过电脑精确控制,可以在工作范围内任意移动。

3、相关实验

  进行煤岩物理力学参数测定或煤岩渗透性相关测定时采用圆柱形标准试件,进行试件表面裂隙演化特征观测时采用方形试件,试件观测面需经过抛光处理。

  进行单轴压缩相关实验时,可以使用显微镜实时记录试件表面任意一点裂隙演化过程,如需对试件局部或整个观测面进行观测,则需要先暂停应力加载,待显微镜完成扫描和拍照后继续进行加载。实验过程中可以选择使用红外热成像仪同步进行观测,也可以使用高速摄影系统代替显微镜观测系统进行宏观观测。实验结束时可以获得实验过程中的应力、应变、声发射、显微镜视频或图片等数据。

  进行三轴条件相关实验时,为避免试件与围压介质相互耦合,试件需要加装透明热缩膜。如果进行流固耦合相关实验(例如煤与瓦斯耦合)时,则不加装透明热塑膜,试件与围压介质直接接触。除应力加载步骤不同外,其他观测方法与单轴压缩实验相同。进行三轴条件相关实验时不能使用红外热成像仪进行观测。

  进行煤岩渗透特性相关实验时,采用液体或气体作为渗透介质,利用计量泵调整被测试件两端压力,利用质量流量控制计测量介质穿透试件后流出速度,根据达西定律求得煤岩渗透率。测试过程中可以采用高速摄影系统同步观测试件表面裂隙演化情况。

4、系统图片

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