一种真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统及试验方法

1.本发明涉及煤与瓦斯动力灾害机理领域，特别涉及一种真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统及试验方法。


背景技术：

2.随着我国煤矿进入深部开采阶段，煤层瓦斯压力增大，煤层处于“三高一扰动”(即高地应力，高地温，高渗透压和强烈的开采扰动)的复杂地质力学条件下，矿井瓦斯问题日益严重。但同时，煤矿瓦斯是一种新型的、综合型的清洁能源，如何在减少瓦斯灾害的同时增加瓦斯的利用率，这是我国煤矿瓦斯防治任务的迫切需求。
3.近年来，人们对煤岩瓦斯动力灾害机理、煤层气高效开采以及co2煤层封存等技术关注程度不断提高，国内外研究者相继研发了各种煤岩吸附/解吸变形试验装置，并开展了大量煤岩吸附/解吸变形特征试验。大量研究成果已经表明，煤体吸附气体会发生膨胀变形，解吸气体会发生收缩变形，而在原始煤层中，当煤体吸附气体发生变形，必然会受到空间的限制产生吸附膨胀应力，导致煤体的力学性能、应力状态和孔隙性发生变化。因此，研究煤体吸附膨胀变形和膨胀应力的动态演化特征对深入认识吸附变形过程中的能量转化机理以及煤岩瓦斯动力灾害的演化机理，获得煤层瓦斯的真实运移规律、指导煤层气高产高效开采等具有重要意义。
4.因此，提供一种真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统及试验方法具有重要意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统及试验方法，以解决现有技术中存在的问题。
6.为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统，包括恒温系统、动态测量系统、吸附膨胀系统、抽真空系统和进排气系统。
7.所述恒温系统包括电热恒温箱和承重板。所述电热恒温箱的四侧壁面依次标记为第一壁面、第二壁面、第三壁面和第四壁面。所述第三壁面处敞口。所述电热恒温箱的内壁安装有电热恒温发热结构。所述第三壁面的敞口处连接有箱门。所述承重板下表面布置有若干支撑柱。所述承重板布置在电热恒温箱的内腔中。所述支撑柱将承重板支承在箱底上方。
8.所述动态测量系统包括声发射传感器、声发射信号放大器、声发射信号采集分析仪、称重传感器、称重传感器变送器、温度传感器、气体压力传感器、位移传感器、数据采集卡和计算机。
9.所述吸附膨胀系统包括参照罐和膨胀应力试验箱。所述参照罐和膨胀应力试验箱布置在电热恒温箱的内腔中。所述参照罐和膨胀应力试验箱搁置在承重板上。
10.所述膨胀应力试验箱包括试验箱本体、限位加载机构ⅰ、限位加载机构ⅱ和限位加
载机构ⅲ。所述试验箱本体整体为矩形箱体。所述试验箱本体包括箱顶、箱底和4个侧壁。所述4个侧壁依次标记为第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁。所述箱顶设置有限位加载机构ⅰ和称重传感器数据线接口。所述第一侧壁设置有限位加载机构ⅱ。所述第二侧壁设置有限位加载机构ⅲ和声发射数据线接口。所述第三侧壁设置有回字形挡板。所述第四侧壁设置有进气口和温度传感器。
11.所述限位加载机构ⅰ包括限位加载连接件ⅰ、限位杆ⅰ、压杆ⅰ和压头ⅰ。所述限位加载连接件ⅰ为圆筒体结构。所述限位加载连接件ⅰ的内腔为阶梯型内腔。所述限位加载连接件ⅰ与试验箱本体的箱顶固定连接。所述阶梯型内腔的大径段靠近箱顶，小径段设置有内螺纹。所述限位杆ⅰ包括螺纹段和光滑段。所述限位杆ⅰ容置在限位加载连接件ⅰ的内腔中。所述螺纹段旋入小径段，光滑段伸入大径段。所述压杆ⅰ的一端与限位杆ⅰ的光滑段接触，另一端穿过箱顶后连接有压头ⅰ。所述压杆ⅰ与压头ⅰ之间布置有称重传感器。
12.所述限位加载机构ⅱ包括限位加载连接件ⅱ、限位杆ⅱ、压杆ⅱ和压头ⅱ。所述限位加载连接件ⅱ为圆筒体结构。所述限位加载连接件ⅱ的内腔为阶梯型内腔。所述限位加载连接件ⅱ穿过第一壁面后，与第一侧壁固定连接。所述阶梯型内腔的大径段靠近第一侧壁，小径段设置有内螺纹。所述限位杆ⅱ包括螺纹段和光滑段。所述限位杆ⅱ容置在限位加载连接件ⅱ的内腔中。所述螺纹段旋入小径段，光滑段伸入大径段。所述压杆ⅱ的一端与限位杆ⅱ的光滑段接触，另一端穿过第一侧壁后连接有压头ⅱ。所述压杆ⅱ与压头ⅱ之间布置有称重传感器。
13.所述限位加载机构ⅲ包括限位加载连接件ⅲ、限位杆ⅲ、压杆ⅲ和压头ⅲ。所述限位加载连接件ⅲ为圆筒体结构。所述限位加载连接件ⅲ的内腔为阶梯型内腔。所述限位加载连接件ⅲ与第二侧壁固定连接。所述阶梯型内腔的大径段靠近第二侧壁，小径段设置有内螺纹。所述限位杆ⅲ包括螺纹段和光滑段。所述限位杆ⅲ容置在限位加载连接件ⅲ的内腔中。所述螺纹段旋入小径段，光滑段伸入大径段。所述压杆ⅲ的一端与限位杆ⅲ的光滑段接触，另一端穿过第二侧壁后连接有压头ⅲ。所述压杆ⅲ与压头ⅲ之间布置有称重传感器。
14.所述试验箱本体的内腔中布置有煤样。压头ⅰ、压头ⅱ和压头ⅲ用于向煤样施加限位。所述声发射传感器粘贴于压头ⅲ表面或煤样表面。所述声发射传感器依次与声发射数据线接口、声发射信号放大器以及声发射信号采集分析仪连接。所述称重传感器分别布置在压杆ⅰ和压头ⅰ之间、压杆ⅱ和压头ⅱ之间、压杆ⅲ与压头ⅲ之间。所述称重传感器依次与称重传感器数据线接口和称重传感器变送器连接。所述位移传感器布置在压杆ⅰ、压杆ⅱ和压杆ⅲ上。所述位移传感器与位移传感器数据线接口连接。所述称重传感器变送器、温度传感器、气体压力传感器和位移传感器均与数据采集卡连接。所述数据采集卡和声发射信号采集分析仪均与计算机连接。
15.所述抽真空系统包括真空阀、数显真空计、空气过滤器和真空泵。
16.所述进排气系统包括高压氦气瓶、高压瓦斯气瓶、减压阀、排气阀、三通接头ⅰ、三通接头ⅱ、三通接头ⅲ、四通接头、参照罐进气阀和膨胀应力试验箱进气阀。
17.所述三通接头ⅰ的3个直通接头分别与高压氦气瓶、排气阀以及四通接头连通。所述高压氦气瓶与三通接头ⅰ之间的管路上设置有减压阀。
18.所述四通接头的4个直通接头分别与三通接头ⅰ、真空泵、高压瓦斯气瓶以及三通接头ⅱ连通。所述高压瓦斯气瓶与四通接头之间的管路上设置有减压阀。所述真空泵与四
通接头之间的管路上设置有真空阀、数显真空计及空气过滤器。所述三通接头ⅱ与四通接头之间的管路上设置有参照罐进气阀。
19.所述三通接头ⅱ的3个直通接头分别与四通接头、参照罐以及三通接头ⅲ连通。所述三通接头ⅲ与三通接头ⅱ之间的管路上设置有膨胀应力试验箱进气阀。
20.所述三通接头ⅲ的3个直通接头分别与三通接头ⅱ、进气口以及气体压力传感器连通。
21.工作时，真空泵对整个试验系统进行抽真空，进排气系统向参照罐和膨胀应力试验箱充入气体。调整瓦斯压力，在吸附膨胀系统中进行煤样吸附和解吸试验。所述气体压力传感器实时采集试验过程中的气体压力，结合试验后测得的煤样质量，采用高压容积法计算吸附量和解吸量。所述声发射传感器用于收集煤样破裂产生的声发射信号，检测煤样的破裂过程。所述称重传感器用于确定煤体的初始加载应力和检测吸附过程及膨胀应力过程中的应力变化。所述温度传感器用于检测实验过程中的温度变化。所述位移传感器用于检测煤样吸附过程中的变形量。
22.进一步，所述箱门上设置有把手。
23.进一步，所述第三侧壁上设置有挡板。所述挡板为回字形板。所述挡板通过螺栓与第三侧壁紧密连接。所述挡板和第三侧壁的连接处设有密封垫圈。
24.进一步，所述称重传感器的耐压强度值大于10mpa。所述称重传感器在有效量程间的最大变形量小于5.7μm。所述称重传感器在有效量程间的应力误差不超过0.0004mpa。
25.本发明还公开一种上述实验系统的真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试方法，包括以下步骤：
26.1)煤样加工。
27.2)安装煤样和传感器。调整限位杆ⅰ、限位杆ⅱ和限位杆ⅲ，使压头对煤样进行有效限位。
28.3)开启电热恒温箱，设定实验温度进行恒温。
29.4)关闭减压阀和排气阀，打开膨胀应力试验箱进气阀、参照罐进气阀和真空阀，通过真空泵对整个实验系统进行抽真空，排除系统中的空气，当数显真空计显示真空度达到30pa以下时，依次关闭膨胀应力试验箱进气阀、参照罐进气阀和真空阀和真空泵，停止抽真空。
30.5)向参照罐内充入一定压力的高纯度甲烷，待参照罐内压力平衡后，通过膨胀应力试验箱进气阀将参照罐内的气体充入膨胀应力试验箱内。当吸附平衡后，按照加压-平衡-加压的过程充入瓦斯气体并逐级提高瓦斯压力。当达到最高试验压力后，按照降压-平衡-降压的过程，逐级降低瓦斯压力。试验过程中，通过气体压力传感器实时采集吸附/解吸过程中的气体压力，结合试验后测得的煤样质量，采用高压容积法计算吸附/解吸量。通过位移传感器检测煤样变形过程。通过声发射传感器收集煤样损伤破裂产生的声发射信号，检测煤样损伤破裂过程。通过称重传感器检测煤样吸附/解吸过程的膨胀应力，测试煤样在吸附/解吸过程中不同平衡压力下的瓦斯吸附量、变形量以及膨胀应力。
31.进一步，所述煤样为立方体原煤试件。
32.进一步，所述煤样采用煤粉加水混合后压制成立方体型煤试件。
33.进一步，根据试验需要，调整限位杆ⅰ、限位杆ⅱ和限位杆ⅲ，分别进行煤样单向限
位、双向限位、真三轴限位条件下的瓦斯吸附膨胀应力测试试验，以及自由膨胀状态下的瓦斯吸附膨胀变形试验。
34.本发明的技术效果是毋庸置疑的：
35.a.通过设置电热恒温箱进行控温，能够进行不同温度和气体压力耦合作用下的吸附/解吸变形及膨胀应力试验研究；
36.b.限位方式多样，能够实现煤样单轴限位、双轴限位以及真三轴限位条件下的吸附/解吸变形及膨胀应力试验，实现不同限位条件对煤体吸附/解吸变形及膨胀应力影响研究；
37.c.膨胀应力试验箱体设有位移传感器数据线接口，连接位移传感器，用于检测煤样变形；设有声发射数据线接口，连接声发射传感器，用于收集煤体损伤破裂产生的声发射信号，检测煤体损伤过程；设有称重传感器，用于检测煤样吸附/解吸过程的膨胀应力，能够实时动态反映煤样吸附/解吸过程中的煤体损伤、变形和膨胀应力；
38.d.结构简单，操作方便，功能多样，密封性能好，承压能力强，能满足较高气体压力要求，为深入研究煤样吸附/解吸过程中的煤体损伤、变形和膨胀应力提供实验室研究设备和条件；
39.e.能够实现不同温度和气体压力耦合作用下，限位方式多样的真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统，实时动态反映煤样吸附/解吸过程中的煤体损伤、变形和膨胀应力，该试验系统实用性强，便于推广使用。
附图说明
40.图1为真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统结构示意图；
41.图2为真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统剖视图；
42.图3为膨胀应力试验箱结构示意图；
43.图4为a处局部放大图。
具体实施方式
44.下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
45.实施例1：
46.现有装置推进了人们对煤岩吸附/解吸变形特征及其机理的认识，但仍存在一定不足。参见图1～图3，本实施例提供一种真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试系统，包括恒温系统、动态测量系统、吸附膨胀系统、抽真空系统和进排气系统。
47.所述恒温系统包括电热恒温箱11和承重板15。所述电热恒温箱11的四侧壁面依次标记为第一壁面、第二壁面、第三壁面和第四壁面。所述第三壁面处敞口。所述电热恒温箱11的内壁安装有电热恒温发热结构42。所述第三壁面的敞口处连接有箱门23。所述承重板15下表面布置有支撑柱41。所述承重板15布置在电热恒温箱11的内腔中。所述支撑柱41将承重板15支承在箱底上方。
48.所述动态测量系统包括声发射传感器36、声发射信号放大器20、声发射信号采集
分析仪21、称重传感器25、称重传感器变送器18、温度传感器31、气体压力传感器14、位移传感器28、数据采集卡19和计算机24。
49.所述吸附膨胀系统包括参照罐16和膨胀应力试验箱17。
50.所述参照罐16和膨胀应力试验箱17布置在电热恒温箱11的内腔中。所述参照罐16和膨胀应力试验箱17搁置在承重板15上。
51.所述膨胀应力试验箱17整体为矩形箱体。所述膨胀应力试验箱17包括箱顶、箱底和4个侧壁。所述4个侧壁依次标记为第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁。所述箱顶设置有限位加载机构ⅰ和称重传感器数据线接口37。所述第一侧壁设置有限位加载机构ⅱ；所述第二侧壁设置有限位加载机构ⅲ和声发射数据线接口35。所述第三侧壁设置有回字形挡板26。所述第四侧壁设置有进气口32和温度传感器31。
52.所述限位加载机构ⅰ包括限位加载连接件ⅰ22、限位杆ⅰ29、压杆ⅰ30和压头ⅰ33。所述限位加载连接件ⅰ22为圆筒体结构。所述限位加载连接件ⅰ22的内腔为阶梯型内腔。所述限位加载连接件ⅰ22与膨胀应力试验箱17的箱顶固定连接。所述阶梯型内腔的大径段靠近箱顶，小径段设置有内螺纹。所述限位杆ⅰ29包括螺纹段和光滑段。所述限位杆ⅰ29容置在限位加载连接件ⅰ22的内腔中。所述螺纹段旋入小径段，光滑段伸入大径段。所述压杆ⅰ30的一端与限位杆ⅰ29的光滑段接触，另一端穿过箱顶后连接有压头ⅰ33。所述压杆ⅰ30与压头ⅰ33之间布置有称重传感器25。
53.所述限位加载机构ⅱ包括限位加载连接件ⅱ220、限位杆ⅱ290、压杆ⅱ300和压头ⅱ330。所述限位加载连接件ⅱ220为圆筒体结构。所述限位加载连接件ⅱ220的内腔为阶梯型内腔。所述限位加载连接件ⅱ220穿过第一壁面后，与第一侧壁固定连接。所述阶梯型内腔的大径段靠近第一侧壁，小径段设置有内螺纹。所述限位杆ⅱ290包括螺纹段和光滑段。所述限位杆ⅱ290容置在限位加载连接件ⅱ220的内腔中。所述螺纹段旋入小径段，光滑段伸入大径段。所述压杆ⅱ300的一端与限位杆ⅱ290的光滑段接触，另一端穿过第一侧壁后连接有压头ⅱ330。所述压杆ⅱ300与压头ⅱ330之间布置有称重传感器25。
54.所述限位加载机构ⅲ包括限位加载连接件ⅲ2200、限位杆ⅲ2900、压杆ⅲ3000和压头ⅲ3300。所述限位加载连接件ⅲ2200为圆筒体结构。所述限位加载连接件ⅲ2200的内腔为阶梯型内腔。所述限位加载连接件ⅲ2200与第二侧壁固定连接。所述阶梯型内腔的大径段靠近第二侧壁，小径段设置有内螺纹。所述限位杆ⅲ2900包括螺纹段和光滑段。所述限位杆ⅲ2900容置在限位加载连接件ⅲ2200的内腔中。所述螺纹段旋入小径段，光滑段伸入大径段。所述压杆ⅲ3200的一端与限位杆ⅲ2900的光滑段接触，另一端穿过第二侧壁后连接有压头ⅲ3300。所述压杆ⅲ3000与压头ⅲ3300之间布置有称重传感器25。
55.所述膨胀应力试验箱17的内腔中布置有煤样27。压头ⅰ33、压头ⅱ330和压头ⅲ3300用于向煤样27施加限位。所述声发射传感器36粘贴于压头ⅲ3300表面或煤样27表面。所述声发射传感器36依次与声发射数据线接口35、声发射信号放大器20以及声发射信号采集分析仪21连接。所述称重传感器25分别布置在压杆ⅰ30和压头ⅰ33之间、压杆ⅱ300和压头ⅱ330之间、压杆ⅲ3000与压头ⅲ3300之间。所述称重传感器25依次与称重传感器数据线接口37和称重传感器变送器18连接。所述位移传感器28布置在压杆ⅰ、压杆ⅱ300和压杆ⅲ3000上。所述位移传感器28与位移传感器数据线接口34连接。所述称重传感器变送器18、温度传感器31、气体压力传感器14和位移传感器28均与数据采集卡19连接。所述数据采集卡
19和声发射信号采集分析仪21均与计算机24连接。
56.所述抽真空系统包括真空阀7、数显真空计8、空气过滤器9和真空泵10。
57.所述进排气系统包括高压氦气瓶1、高压瓦斯气瓶2、减压阀3、排气阀4、三通接头ⅰ5、三通接头ⅱ50、三通接头ⅲ500、四通接头6、参照罐进气阀12和膨胀应力试验箱进气阀13。
58.所述三通接头ⅰ5的3个直通接头分别与高压氦气瓶1、排气阀4以及四通接头6连通。所述高压氦气瓶1与三通接头ⅰ5之间的管路上设置有减压阀3。
59.所述四通接头6的4个直通接头分别与三通接头ⅰ5、真空泵10、高压瓦斯气瓶2以及三通接头ⅱ50连通。所述高压瓦斯气瓶2与四通接头6之间的管路上设置有减压阀3。所述真空泵10与四通接头6之间的管路上设置有真空阀7、数显真空计8及空气过滤器9。所述三通接头ⅱ50与四通接头6之间的管路上设置有参照罐进气阀12。
60.所述三通接头ⅱ50的3个直通接头分别与四通接头6、参照罐16以及三通接头ⅲ500连通。所述三通接头ⅲ500与三通接头ⅱ50之间的管路上设置有膨胀应力试验箱进气阀13。
61.所述三通接头ⅲ500的3个直通接头分别与三通接头ⅱ50、进气口32以及气体压力传感器14连通。
62.工作时，真空泵10对整个试验系统进行抽真空，进排气系统向参照罐16和膨胀应力试验箱17充入气体。调整瓦斯压力，在吸附膨胀系统中进行煤样吸附和解吸试验。所述气体压力传感器14实时采集试验过程中的气体压力，结合试验后测得的煤样质量，采用高压容积法计算吸附量和解吸量。所述声发射传感器36用于收集煤样27破裂产生的声发射信号，检测煤样27的破裂过程。所述称重传感器25用于确定煤体的初始加载应力和检测吸附过程及膨胀应力过程中的应力变化。所述温度传感器31用于检测实验过程中的温度变化。所述位移传感器28用于检测煤样27吸附过程中的变形量。
63.实施例2：
64.本实施例主要结构同实施例1，其中，所述箱门23上设置有把手。
65.实施例3：
66.本实施例主要结构同实施例1，其中，所述第三侧壁上设置有挡板26。所述挡板26为回字形板。所述挡板26通过螺栓与第三侧壁紧密连接。所述挡板26和第三侧壁的连接处设有密封垫圈。
67.实施例4：
68.参见图4，本实施例主要结构同实施例1，其中，所述限位杆ⅰ29与限位加载连接件ⅰ22之间、限位杆ⅱ290与限位加载连接件ⅱ220之间以及限位杆ⅲ2900与限位加载连接件ⅲ2200之间的连接处设有密封组合件。所述密封组合件包括依次设置的t形压环38、不锈钢垫片39、密封垫片40和不锈钢垫片39。所述t形压环38通过螺栓与限位加载连接件ⅰ22、限位加载连接件ⅱ220或限位加载连接件ⅲ2200连接，t形压环38的杆部通过压紧密封组合件，从而达到密封作用。
69.实施例5：
70.本实施例提供一种根据实施例1所述实验系统的真三轴煤岩吸附膨胀应力动态测试方法，包括以下步骤：
71.1)煤样加工。
72.2)拆下回字形挡板26，安装煤样27和传感器。调整限位杆ⅰ29、限位杆ⅱ290和限位杆ⅲ2900，使压头33对煤样27进行有效限位，然后将回字形挡板26安装密封好。
73.3)开启电热恒温箱11，设定实验温度进行恒温。
74.4)关闭减压阀3和排气阀4，打开膨胀应力试验箱进气阀13、参照罐进气阀12和真空阀7，通过真空泵10对整个实验系统进行抽真空，排除系统中的空气，当数显真空计8显示真空度达到30pa以下时，依次关闭膨胀应力试验箱进气阀13、参照罐进气阀12和真空阀7和真空泵10，停止抽真空。
75.5)向参照罐16内充入一定压力的高纯度甲烷，待参照罐16内压力平衡后，通过膨胀应力试验箱17进气阀13将参照罐16内的气体充入膨胀应力试验箱17内。当吸附平衡后，按照加压-平衡-加压的过程充入瓦斯气体并逐级提高瓦斯压力。当达到最高试验压力后，按照降压-平衡-降压的过程，逐级降低瓦斯压力。试验过程中，通过气体压力传感器14实时采集吸附/解吸过程中的气体压力，结合试验后测得的煤样质量，采用高压容积法计算吸附/解吸量。通过位移传感器28检测煤样27变形过程。通过声发射传感器36收集煤样27损伤破裂产生的声发射信号，检测煤样27损伤破裂过程。通过称重传感器25检测煤样27吸附/解吸过程的膨胀应力，测试煤样27在吸附/解吸过程中不同平衡压力下的瓦斯吸附量、变形量以及膨胀应力。
76.值得说明的是，与本实施例相比：
77.1、现有相关方法仅能单纯测试煤岩吸附/解吸变形特征，对限位条件下煤岩吸附瓦斯后的膨胀应力实验研究很少，大多还停留在理论研究阶段，通过建立理论模型得出煤样吸附量、吸附变形和吸附膨胀应力之间的关系，煤岩真实的吸附/解吸膨胀应力与变形以及吸附量之间的关系仍需进行深入研究。
78.2、现有吸附/解吸变形及膨胀应力试验方法所考虑的影响因素较为单一，多考虑不同气体压力对于膨胀应力的影响，缺少综合考虑不同气体压力、温度、初始应力、变形、膨胀应力的试验设备，且现有设备无法实现吸附量、变形量和膨胀应力的同步测量。
79.3、现有方法适应的试验气体压力多数《5mpa，但随着我国煤矿开采深度的增加，部分矿井煤层瓦斯压力已达到6mpa以上。为了与现场实际条件相符，需要能实现高压(0-10mpa)吸附/解吸变形及膨胀应力的测试方法。
80.4、已有膨胀应力试验方法限位功能单一，通常采用轴向限位，只能测试某一方向上的膨胀应力，无法实现真三轴条件下煤岩吸附/解吸气体过程的膨胀应力测试功能。
81.实施例6：
82.本实施例主要步骤同实施例5，其中，所述煤样27为立方体原煤试件。将工作面挑选的大块煤样通过切割、打磨、抛光等处理，加工成尺寸为52
×
52
×
52mm(大于压头尺寸2mm)的立方体原煤试件。
83.实施例7：
84.本实施例主要步骤同实施例5，其中，所述煤样27采用煤粉加水混合后压制成。采用特殊模具将煤粉加水混合后压制成52
×
52
×
52mm的立方体型煤试件，将加工好的试件根据试验需要制备成干燥或不同含水率煤样。
85.实施例8：
86.本实施例主要步骤同实施例5，其中，根据试验需要，调整限位杆ⅰ29、限位杆ⅱ290和限位杆ⅲ2900，分别进行煤样单向限位、双向限位、真三轴限位条件下的瓦斯吸附膨胀应力测试试验，以及自由膨胀状态下的瓦斯吸附膨胀变形试验。
87.实施例9：
88.本实施例主要步骤同实施例5，其中，称重传感器的选型具有以下要求：
89.a.具有较高的耐压能力，能够在10mpa的气体压力条件下正常使用。
90.b.具有较高的刚度，即抗变形能力。现有称重传感器通常是通过弹性元件的变形对力进行测量，而弹性元件的变形会使煤样因吸附膨胀变形产生的膨胀应力以弹性势能的形式散失掉一部分。因此，要保证膨胀应力测量的准确性，对于称重传感器的刚度要求极高，以ch4为例，前人研究表明煤样的极限吸附应变量在ch4中为1.1
‰
～4.8
‰
，要保证称重传感器对煤样(煤样尺寸52
×
52
×
52mm，大于压头尺寸2mm)具有90％以上的限位(传感器最大变形量《煤样极限吸附变形的10％)，即要求称重传感器在有效量程间的最大变形量要小于：
91.0.052
×
1.1
‰×
0.1＝0.0000057m＝5.7μm。
92.c.具有较高的精度，为保证实验数据的精确性和有效性，选用的称重传感器在有效量程间的测量误差不超过
±
1kg，即应力误差不超过0.0004mpa。