一种应用于瓦斯隧道的轴向压力加载实验装置的制作方法

1.本实用新型涉及煤与瓦斯突出模拟试验设备领域，具体涉及一种应用于瓦斯隧道的轴向压力加载实验装置。


背景技术：

2.煤层瓦斯是隧道建设中的重大地质灾害之一，随着工程设施基础建设的加快，尤其是中部和西部战略上大开发的实施，各类隧道不断地加快修建，新建高速铁路线路、高等级公路线路等等星罗棋布。隧道数量越来越多，长度越来越长，隧道穿越含煤地层也越来越多，埋深也越来越大，这些隧道都可能成为煤与瓦斯突出隧道。随着高速公路建设的大力发展，需要穿越含煤地层或者富含天然气地层的隧道越来越多，瓦斯隧道逐步成为控制公路安全建设的重点工程和关键工程。
3.然而，煤与瓦斯突出的发生机理十分复杂，现场监测、理论研究和数值模拟研究手段难以胜任；现场监测危险，且条件单一，难以开展系统研究；理论研究困难，机理不清导致难以建立定量模型；而且数值模拟失真严重，机构模型缺失致使模拟结果失真。
4.因此，亟需一种参数可调、过程可控、结果可重复、数据可采集，便于对煤与瓦斯突出的发生机进行研究的模拟试验模型。


技术实现要素：

5.基于此，本实用新型提供了一种应用于瓦斯隧道的轴向压力加载实验装置，以解决现有技术的监测技术危险，且条件单一，难以开展系统研究；理论研究困难，机理不清导致难以建立定量模型；而且数值模拟失真严重，机构模型缺失致使模拟结果失真的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种应用于瓦斯隧道的轴向压力加载实验装置，其包括平板小车、实验仓主体、伸缩套管、耐高压柔性密封袋和加压源，所述实验仓主体为一端密封且另一端为敞口的筒体结构，所述实验仓主体通过支撑架横卧固定在所述平板小车上，所述平板小车配设有用于将平板小车与地面固定的钎杆，所述伸缩套管为两端开口的直管结构，所述伸缩套管相对所述实验仓主体可伸缩地套连在所述实验仓主体中，且所述伸缩套管的一端从所述实验仓主体的敞口伸出以用于与待测的实验岩墙接触，所述耐高压柔性密封袋设置在所述实验仓主体和所述伸缩套管内，所述耐高压柔性密封袋用于在膨胀时在所述实验仓主体和所述伸缩套管的约束下产生轴向的挤压力以作用于实验岩墙，所述加压源通过加压管道与所述耐高压柔性密封袋连接以提供使耐高压柔性密封袋膨胀的高压介质，所述实验仓主体的内壁设有压力传感器。
7.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述实验仓主体和所述伸缩套管的内腔均为圆柱腔体，所述实验仓主体的密封端为半球形的端盖。
8.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述端盖的中心开设有过孔，所述加压管道穿过所述过孔与所述耐高压柔性密封袋连接。
9.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述实验仓主体的外壁上设有锁紧螺杆，所述实验仓主体的外壁设有供所述锁紧螺杆穿过的螺纹孔，所述锁紧螺杆穿过所述螺纹孔与所述伸缩套管的外壁抵触连接从而将所述实验仓主体与所述伸缩套管固定。
10.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述平板小车的车轮为万向轮。
11.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述平板小车的底板上设有至少两个垂直贯穿的通孔，每个所述通孔对应一根所述钎杆，所述钎杆穿过所述通孔向下插入地下以将平板小车与地面固定。
12.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述伸缩套管上位于所述实验仓主体外的管口为斜口，该斜口所在面与所述伸缩套管的中心轴线的夹角为30-90度。
13.作为本实用新型的进一步优选技术方案，所述高压介质为气体或液体，所述加压源为提供高压气体的高压气体贮存罐，或为提供高压液体的高压液体贮存罐。
14.作为本实用新型的进一步优选技术方案，
15.本实用新型的轴向压力加载实验装置，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
16.1)本实用新型的轴向压力加载实验装置结构简单，使用方便，即可通过平板小车方便地将实验仓主体及伸缩套管移动到实验场地，以及在实验过程中对位置进行调整，且平板小车可通过钎杆随时随地进行固定，进一步方便实验的进行；
17.2)本实用新型的耐高压柔性密封袋在实验仓主体和伸缩套管的约束下向一侧膨胀产生作用于实验墙体的轴向压力，实验仓主体和伸缩套管均具备较大的刚度和承载能力，避免承载压力时产生局部应力集中，同时，使用柔性材质的耐高压袋可使压力分布更加均匀，从而进一步减少了应力集中现象；
18.3)本实用新型的轴向压力加载实验装置用于模拟隧道煤与瓦斯突出轴向压力加载实验，利于还原真实条件下远场瓦斯向突出区域运移过程，从而对研究煤与瓦斯突出的发生机理具有重要意义。
附图说明
19.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
20.图1为轴向压力加载实验装置提供的一实例的结构示意图；
21.图2为实验仓主体的结构示意图；
22.图3为伸缩套管的结构示意图。
23.图中：1、斜口，2、伸缩套管，3、锁紧螺杆，4、耐高压柔性密封袋，5、实验仓主体，6、加压管道，7、加压源，8、支撑架，9、平板小车，10、车轮，11、钎杆，12、端盖。
24.本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
25.下面将结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
26.如图1所示，本实用新型提供了一种应用于瓦斯隧道的轴向压力加载实验装置，包括平板小车9、实验仓主体5、伸缩套管2、耐高压柔性密封袋4和加压源7。
27.进一步参阅图2所示，所述实验仓主体5为一端密封且另一端为敞口的筒体结构，所述实验仓主体5通过支撑架8横卧固定在所述平板小车9上，所述平板小车9配设有用于将平板小车9与地面固定的钎杆11，实验仓主体5可由平板小车9承载移动并通过钎杆11固定到适当地位置。具体地，所述平板小车9的底板上设有至少两个垂直贯穿的通孔，每个所述通孔对应一根所述钎杆11，所述钎杆11穿过所述通孔向下插入地下以将平板小车9与地面固定。优选地，所述平板小车9的车轮10为万向轮，方便平板小车9推动和转弯。
28.进一步参阅图3所示，所述伸缩套管2为两端开口的直管结构，所述伸缩套管2相对所述实验仓主体5可伸缩地套连在所述实验仓主体5中，且所述伸缩套管2的一端从所述实验仓主体5的敞口伸出以用于与待测的实验岩墙接触，所述伸缩套管2上位于所述实验仓主体5外的管口为斜口1，该斜口1所在面与所述伸缩套管2的中心轴线的夹角为30-90度，具有不同的斜口1的伸缩套管2以适用于具有不同倾斜度的实验岩墙。
29.所述耐高压柔性密封袋4设置在所述实验仓主体5和所述伸缩套管2内，所述耐高压柔性密封袋4用于在膨胀时在所述实验仓主体5和所述伸缩套管2的约束下产生轴向的挤压力以作用于实验岩墙。
30.所述加压源7通过加压管道6与所述耐高压柔性密封袋4连接以提供使耐高压柔性密封袋4膨胀的高压介质，所述高压介质为气体或液体，所述加压源7为提供高压气体的高压气体贮存罐，或为提供高压液体的高压液体贮存罐。
31.所述实验仓主体5的内壁上设有压力传感器，压力传感器用于检测耐高压柔性密封袋4膨胀时产生的压力。
32.本发明的轴向压力加载实验装置在使用过程中，首先通过所述伸缩套管2的斜口1端与实验岩墙接触接触，然后由加压源7向耐高压柔性密封袋4充入高压介质，耐高压柔性密封袋4在实验仓主体5和伸缩套管2的约束下向一侧膨胀时，将产生的轴向压力施加到实验岩墙直至实验岩墙变现压碎，此过程中，通过采集压力传感器，以及设置在实验岩墙上的应变片的数据，完成模拟隧道煤与瓦斯突出轴向压力加载实验，以便进行相应实验分析。
33.在一具体实施中，所述实验仓主体5和所述伸缩套管2的内腔均为圆柱腔体，所述实验仓主体5的密封端为半球形的端盖12，所述端盖12的中心开设有过孔，所述加压管道6穿过所述过孔与所述耐高压柔性密封袋4连接，耐高压柔性密封袋4在充入高压介质后，在膨胀过程中，不仅受实验仓主体5的筒体外壁和伸缩套管2的管体外壁的约束，还会受端盖12的约束，从而使在膨胀中的耐高压柔性密封袋4从伸缩套管2的前端开口侧挤出，以便对实验岩墙施加轴向压力。
34.在另一具体实施中，所述实验仓主体5的外壁上设有锁紧螺杆3，所述实验仓主体5的外壁设有供所述锁紧螺杆3穿过的螺纹孔，所述锁紧螺杆3穿过所述螺纹孔与所述伸缩套管2的外壁抵触连接从而将所述实验仓主体5与所述伸缩套管2固定。
35.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本实用新型的原理和实质，本实用新型的保护范围仅由所附权利要求书限定。