深部巷道、隧道動力災害物理模擬試驗系統

深部巷道、隧道動力災害物理模擬試驗系統

地下煤巖層三軸試驗裝置

真三軸動靜載荷試驗系統

真三軸巖石剪切滲流試驗系統

大尺度煤體非均布加載

深部巷道、隧道動力災害物理模擬試驗系統

試驗試樣尺寸為“150mmx150mmx500mm”

通過全數字閉環控制系統對煤體不同位置的載荷進行調整，仿真“內、外應力場

同時記錄初始煤樣應力顯現特征，后續加載時通過記錄的加載信息對煤樣進行自動施壓。全數宇閉環控制系統可以自動校正指令信號與反饋信號之間的誤差，以便于在進行測量時如實地重新加載的模式。

巖層剪切試驗

設備法向加載強度為60MPa，圍壓為20MPa。設備可以實現不同硬度巖層剪切試驗，在實驗室定量確定抗拉強度等力學特性，分析頂板初次來壓或周期來壓特征;同時,可驗證采場內、外應力變化過程，確定不同巖層強度裂斷特征。

技術參數

真三軸動靜載荷試驗系統整體由：軸向加載框架、法向加載機構、高壓水滲流系統、試驗盒、微控系統及數據采集系統、聲學系統、伺服系統等組成。在試件側向方向上，試驗臺有3類可控邊界條件：恒定側向應力、恒定側向位移和恒定側向剛度。在試件垂向方向上平行裂隙剪切方向，可施加垂向應力、位移和滲透壓力。在上述邊界和荷載條件下可進行一下幾項試驗

●裂隙剪切滲透試驗
●裂隙閉合應力-滲透耦合試驗
●裂隙剪切應力-滲透耦合試驗
●底板巖層結構組合的水壓裂隙擴展模擬試驗
●破碎巖體高壓水滲流試驗
●裂隙巖石高壓水致裂試驗
●底板巖體的剪切滲流流變試驗

系統的特點

   真三軸加載框架包括三個獨立加載液壓缸、主機四柱反力架、力傳感器、位移傳感器、球角加載壓頭等。主機采用四柱結構形式，兩個側向加載液壓缸橫向垂直固定在反力架上，力傳感器安裝在活塞上。
     垂向加載機構包括加載油缸、力傳感器、位移傳感器等。控制系統采用HENGLEXINGKE全數字伺服控制器，具有多個測量通道，每個測量通道可以分別進行荷載、位移、變形等的單獨控制或幾個測量通道的聯合控制，而且多種控制方式間可以實現無沖擊轉換。在EDC中可以設置一個剛度控制通道，將根據測量得到的側向應力與側向變形計算的試件側向剛度值作為控制參數反饋給EDC控制輸出通道，這樣就可以實現常側向剛度控制。
     高壓水滲流系統包括：滲透加壓系統、伺服電機和控制器、EDC測控器。該系統可以實現多級可控的恒滲透壓力和滲透流量控制。在試驗盒的出水口設置一套壓力傳感器、流量測量裝置和穩壓裝置，并在EDC控制系統軟件中設置一個壓差控制通道，來測量進口壓力和出口壓力的差值，實現試驗盒進、出口滲透壓力差的閉環控制。而且可以實現穩態和瞬態滲透壓力控制。
 剪切試驗盒內部尺寸為400 mm（高壓水滲透方向）×200 mm（滲透寬度）×200 mm（側向）。

   滲流試驗盒包含了盒體、墊塊、密封材料、加載板等，盒體中頂板、后板、右側板由高剛度鋼板（SKD11）制成，密封材料采用新型航天硅膠，其既有一定強度、又能承受一定的變形，而且摩擦力比較小，可以很好地隔離高壓水的滲透，在試件左側和前側通過加載單元施加獨立側向載荷，底部施加垂向載荷和滲透水壓，試件通過密封材料實現在滑動狀態下仍然保持壓縮密封。通過頂部不同材料墊塊受壓變形量的差異，實現巖塊裂隙左右兩部分的剪切位移。
     實現單軸及三軸壓縮條件下具有不同化學溶液流速的巖石破裂全過程中細觀宏觀觀測與全自動數字記錄，研制全數字控制電液伺侯細觀加載系統、化學和流體力學系統，引進觀測系統。（改進觀測系統，能夠深層次觀測裂縫擴展的細觀和宏觀現象，手段可以采用強光照射、帶有顏色的水流、聲波觀測系統或者采用自身導電的模擬材料）

系統的技術要求
通過三軸試驗系統，實現對結構面裂縫擴展的實際物理過程進行監測，研究在孔隙水壓作用下的單向裂縫滲流特性和斷層帶裂隙采動擴展特性，研究水壓、流量在裂隙、斷層中的擴展特性，求解滲流參數。研究在開采擾動作用下裂縫、結構面等貫通突水在突水口附近的動力學特性，研究結構面粗糙度對滲流特性的影響度，研究裂縫擴展方向對煤層底板隔水層阻水性能的影響。通過實驗分析，研究在深部煤層開采流固耦合的非線性特性，修正darcy定律，考慮其二次項的影響，研究巖體滲流與采動應力耦合機理和底板導水通道的活化擴展特性。

系統的創新點

水壓加載系統，水壓要求5Mpa及相關穩壓系統
軸壓與圍壓加載的穩壓系統
試件單向裂縫的預制工具
高水壓的密封技術
觀測試件流量和水壓技術
結構面粗糙度的量化和預制技術
裂縫出水口水量和宏觀現象觀測技術
數據數字采集系統研制

設備參數