技術領域

本實用新型涉及一種用于不同軸壓、不同圍壓、不同沖擊載荷作用條件下的含瓦斯煤滲流特性的實驗系統，用于模擬和研究煤礦井下發生煤巖動力災害條件的含瓦斯煤在沖擊載荷作用下的滲流特性。

背景技術

沖擊地壓又稱巖爆，是指煤礦井巷或回采工作面周圍處于高地應力條件下的煤巖體受到覆巖垮落或爆破擾動發生破壞，并在破壞過程中受到圍巖的進一步快速擠壓作用，從而產生的彈性變形能瞬時釋放出巨大的能量而產生破壞的礦井動力現象，在此過程中煤層的力學性質會產生巨大變化，甚至導致煤與瓦斯突出等煤巖動力災害。

煤層除了受煤層瓦斯壓力、地應力、煤體物理力學性質、圍巖結構、地下水和地溫等諸多因素影響外，還在很大程度上受到煤礦開采過程中機械振動、爆破、地震以及沖擊地壓產生的沖擊載荷的影響，從而使煤體的滲流特性產生不同程度的變化，影響煤礦井下正常的回采作業。以往的相似實驗系統還沒有對含瓦斯煤在施加沖擊載荷前后滲流特性的變化進行實驗研究。

實用新型內容

本實用新型目的在于克服現有技術缺陷，提供一種沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實驗系統。

為實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實驗系統，其包括煤樣固定裝置、沖擊載荷加載裝置和與煤樣固定裝置相連接的高壓氣源裝置、軸壓加載裝置、圍壓加載裝置、抽真空裝置以及計量和數據采集裝置；所述沖擊載荷加載裝置為分離式霍普金森壓桿裝置；所述高壓氣源裝置由順次連接的高壓瓦斯罐、減壓閥、第一閥門、第一氣壓表和三通閥組成，三通閥的另外兩端通過管路分別連接抽真空裝置和煤樣固定裝置的氣體入口；所述軸壓加載裝置由順次連接的軸壓油泵、第一壓力調節閥、第二閥門和第一液壓表組成，所述第一液壓表通過管路與煤樣固定裝置的軸壓注油口相連接；所述圍壓加載裝置由順次連接的圍壓油泵、第二壓力調節閥、第三閥門和第二液壓表組成，所述第二液壓表通過管路與煤樣固定裝置的圍壓注油口相連接；所述計量和數據采集裝置由順次連接的數據采集系統、氣體體積流量計、第四閥門和第二氣壓表組成，所述第二氣壓表與煤樣固定裝置的氣體出口相連接。

具體的，所述煤樣固定裝置由煤樣室和固定于煤樣室上方的軸壓缸體組成；所述軸壓缸體內設有帶壓力傳感器的軸向加載桿，軸向加載桿的一端伸出軸壓缸體外且與分離式霍普金森壓桿裝置處于同一水平面，另一端伸入煤樣室內，軸向加載桿的中部設有與軸向加載桿相垂直的密封板，密封板的兩端通過密封圈與軸壓缸體的內壁密封連接；所述軸壓缸體上方設有位移傳感器，軸壓缸體的側壁設有兩個軸壓注油口，兩個軸壓注油口分別位于密封板的上、下方，軸壓缸體的側壁還開設有氣體入口；所述煤樣室包括位于煤樣室底部的可拆卸承壓擋板和位于煤樣室內部設有中空煤樣型腔的密封膠套，密封膠套外側壁開設有凹槽且該凹槽與煤樣室內側壁形成環形圍壓油腔，煤樣置于密封膠套的中空煤樣型腔內且與環形圍壓油腔相隔離，密封膠套的下方設置密封墊；煤樣型腔的頂部設有第一多孔板，煤樣型腔的底部設有第二多孔板，軸壓缸體的氣體入口通過軸向加載桿內部的氣體管路與煤樣型腔頂部的第一多孔板相連通，伸入煤樣室的軸向加載桿的端部與第一多孔板壓接；煤樣室側壁設有圍壓注油口和氣體出口，煤樣室的氣體出口通過承壓擋板內部的氣體管路與煤樣型腔底部的第二多孔板相連通。具體的，所述抽真空裝置由順次連接的真空泵和第五閥門組成。

使用上述系統進行沖擊載荷作用下含瓦斯煤滲流實驗的方法，其包括如下步驟：

1）連接好實驗系統，并檢測實驗系統的氣密性；

2）實驗準備：將煤樣放入干燥箱中恒溫干燥處理，取出、冷卻后備用；

3）固定煤樣：將準備好的煤樣裝入煤樣固定裝置；

4）真空脫氣：在保證系統連接正確、氣密性良好的情況下，打開抽真空裝置對煤樣進行真空脫氣處理；

5）提供三維應力環境：真空脫氣處理完成后，對煤樣施加預定的軸壓和圍壓；

6）沖擊滲流過程：向煤樣中充入預定壓力的瓦斯氣體，同時開啟計量和數據采集裝置，穩定后利用分離式霍普金森壓桿裝置對煤樣固定裝置施加沖擊載荷，同時計量并采集數據；

7）實驗數據處理：利用擬壓法評估實驗過程中含瓦斯煤滲流滲透率大小，公式具體如下：

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