本发明属于岩石力学试验，尤其涉及气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置及方法。
背景技术：
1、向深部要资源、能源和空间是保障人类经济社会发展的必然选择。在深地采掘过程中，煤与瓦斯突出、冲击地压等煤岩动力灾害频发，会造成巨大的经济社会损失。由于灾变的突发性和孕灾过程的复杂性，其防治已成世界性难题。对于深部资源的开采而言，煤岩体处于复杂的地质环境中，其中高地应力、高瓦斯压力等均会对煤岩体的物理力学性质及损伤失稳破坏过程产生巨大影响；同时，人工爆破、机械掘进等外部动载的循环作用，又会破坏原有的平衡，使得内部多物理场耦合演化。因此，要想研究此类问题，需要模拟出深部煤岩体多场耦合的赋存环境和外部荷载的循环扰动。
2、目前，针对煤岩循环动静组合加载，业界已开展了大量的研究工作，如申请号为cn201821002136.6的专利，公开了一种动-静耦合作用下含瓦斯煤岩破裂过程多参量试验装置，此专利实现了含瓦斯煤的冲击动静耦合加载，但是其动静载叠加需要单独的动载施加系统和静载施加系统，且只能施加冲击荷载，无法施加一定频率的循环动载。此外，申请号为cn201711332507.7的专利，公开了一种用于煤岩气固耦合动静加卸载红外观测的试验装置及方法，但是该装置的动载施加是通过落锤结构，无法实现一定频率的循环动载扰动。申请号为cn202110191641.x的专利，公开了一种岩石高频高载的循环动载试验装置及试验方法，但是此发明动静载叠加也是需要单独的动载施加系统和静载施加系统，结构复杂，此外，由于此装置的结构原因，无法实现气固耦合环境的密封，从而无法实现含瓦斯煤岩的循环动静组合加载。
3、综上，现有煤岩动静组合加载装置只能实现冲击荷载施加，频率不可调，且循环动载试验装置无法应用于气固耦合环境。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置及方法，以解决上述问题，达到实现三轴静载施加、循环动载叠加以及高压气体环境密封的目的。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，包括：
3、围压腔，所述围压腔内设置有气固耦合腔体，所述气固耦合腔体内设置有煤岩试样，所述气固耦合腔体与所述围压腔之间通过柔性材料隔离，所述围压腔上设置有测压组件，所述测压组件与煤岩试样的一端抵接，用于监测煤岩试样受到的载荷，所述围压腔上还设置有注油件；
4、动静组合加载单元，包括液压油供给组件、多通道换向阀块和一体式动静加载油缸，所述一体式动静加载油缸向煤岩试样远离所述测压组件的一端施加载荷，所述液压油供给组件通过所述多通道换向阀块与所述一体式动静加载油缸连通，所述多通道换向阀块处于第一流通状态下，所述一体式动静加载油缸对煤岩试样进行纯静态加载，所述多通道换向阀块处于第二流通状态下，所述一体式动静加载油缸对煤岩试样进行纯动态或动静组合加载；
5、气体导入组件，所述气体导入组件与所述气固耦合腔体内部连通，所述气体导入组件用于向所述气固耦合腔体中制造真空环境并通入所需气体。
6、优选的，所述一体式动静加载油缸包括油缸外壁，所述油缸外壁固定连接在所述围压腔远离所述测压组件的一端，所述油缸外壁内滑动连接有活塞，所述活塞上固定贯穿有加载活塞杆，所述加载活塞杆的一端贯穿所述油缸外壁且抵接在煤岩试样远离所述测压组件的一端，所述油缸外壁上开设有进油通道和回油通道，所述进油通道和所述回油通道分别位于所述活塞的两侧。
7、优选的，所述多通道换向阀块内设置有第一通道、第二通道、第三通道、第四通道和电磁阀，所述第一通道、第二通道、第三通道和所述第四通道的一端分别与所述电磁阀连通，所述第一通道、第二通道的另一端所述液压油供给组件连通，所述第三通道、第四通道的另一端分别与所述进油通道、回油通道连通。
8、优选的，所述液压油供给组件包括动态液压油源和制冷设备，所述动态液压油源通过所述制冷设备与所述第一通道、第二通道远离所述电磁阀的一端连通。
9、优选的，所述围压腔的内壁之间固定连接有动密封活塞套，所述动密封活塞套内滑动连接有动密封活塞，所述动密封活塞的一端与煤岩试样远离所述加载活塞杆的一端抵接，所述动密封活塞的另一端与所述测压组件抵接。
10、优选的，所述测压组件包括中空载荷传感器，所述中空载荷传感器固定连接在所述围压腔远离所述油缸外壁的一端，所述中空载荷传感器与动密封活塞远离煤岩试样的一端抵接。
11、优选的，所述气固耦合腔体包括乳胶套，所述乳胶套的两端分别设置有开口，煤岩试样放置在所述乳胶套内，且煤岩试样的外壁与所述乳胶套的内壁相贴合，所述加载活塞杆、动密封活塞分别通过所述乳胶套两端的开口与煤岩试样抵接，所述乳胶套两端的所述开口分别与所述动密封活塞套、围压腔之间设置有密封组件。
12、优选的，位于所述围压腔和所述乳胶套之间的密封组件包括固定连接在所述围压腔内的楔形密封底座，所述楔形密封底座靠近所述油缸外壁设置，所述乳胶套的内壁与所述楔形密封底座的外壁相贴合，所述楔形密封底座上设置有楔形密封套筒，所述楔形密封底座与所述楔形密封套筒向适配，所述乳胶套设置在所述封底座、楔形密封套筒之间。
13、优选的，所述气体导入组件包括进气通道和出气通道，所述进气通道的一端贯穿所述动密封活塞与所述气固耦合腔体内部连通，所述进气通道的另一端通过调压阀连通有瓦斯气源，所述出气通道的一端贯穿所述加载活塞杆与所述气固耦合腔体内部连通，所述出气通道的另一端与真空泵连通。
14、气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载方法，操作步骤包括：
15、将煤岩试样放置到气固耦合腔体中，检查装置气密性；
16、通过气体导入组件对气固耦合腔体抽真空，并通过注油件向围压腔中注入高压液压油，之后，通过气体导入组件向气固耦合腔体中导入所需气体；
17、通过设定多通道换向阀块的流通状态以及液压油供给组件的工作参数，使一体式动静加载油缸对煤岩试样进行纯静态加载、纯动态加载或动静组合加载；
18、待煤岩试样破坏后，停止试验，保存测压组件的测量数据。
19、与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：注油件的主要作用是向围压腔中注入液压油，在气固耦合腔体外侧形成对煤岩试样的围压；气固耦合腔体的主要作用是使煤岩试样中充满瓦斯气体，形成气体环境；多通道换向阀块的主要作用是通过调整自身的流通状态，实现一体式动静加载油缸对煤岩试样进行纯静态加载、纯动态加载以及动静组合加载的效果；气体导入组件的主要作用是向气固耦合腔体中注入瓦斯气体，同时在注入瓦斯气体前可对气固耦合腔体中进行抽真空操作。整体上，本发明可实现气固耦合环境中对煤岩试样的三轴循环加载，同时，通过多通道换向阀块实现对煤岩试样进行纯静态、纯动态或动静载荷叠加的加载模式，并且，本发明通过在围压腔与气固耦合腔体之间设置柔性隔离材料，实现载荷加载过程中煤岩试样处于高压环境。
1.气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述一体式动静加载油缸(4)包括油缸外壁(5)，所述油缸外壁(5)固定连接在所述围压腔(15)远离所述测压组件的一端，所述油缸外壁(5)内滑动连接有活塞(28)，所述活塞(28)上固定贯穿有加载活塞杆(8)，所述加载活塞杆(8)的一端贯穿所述油缸外壁(5)且抵接在煤岩试样远离所述测压组件的一端，所述油缸外壁(5)上开设有进油通道(6)和回油通道(7)，所述进油通道(6)和所述回油通道(7)分别位于所述活塞(28)的两侧。
3.根据权利要求2所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述多通道换向阀块(3)内设置有第一通道(29)、第二通道(30)、第三通道(31)、第四通道(32)和电磁阀(33)，所述第一通道(29)、第二通道(30)、第三通道(31)和所述第四通道(32)的一端分别与所述电磁阀(33)连通，所述第一通道(29)、第二通道(30)的另一端分别与所述液压油供给组件连通，所述第三通道(31)、第四通道(32)的另一端分别与所述进油通道(6)、回油通道(7)连通。
4.根据权利要求3所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述液压油供给组件包括动态液压油源(1)和制冷设备(2)，所述动态液压油源(1)通过所述制冷设备(2)与所述第一通道(29)、第二通道(30)远离所述电磁阀(33)的一端连通。
5.根据权利要求2所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述围压腔(15)的内壁之间固定连接有动密封活塞套(24)，所述动密封活塞套(24)内滑动连接有动密封活塞(23)，所述动密封活塞(23)的一端与煤岩试样远离所述加载活塞杆(8)的一端抵接，所述动密封活塞(23)的另一端与所述测压组件抵接。
6.根据权利要求5所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述测压组件包括中空载荷传感器(18)，所述中空载荷传感器(18)固定连接在所述围压腔(15)远离所述油缸外壁(5)的一端，所述中空载荷传感器(18)与动密封活塞(23)远离煤岩试样的一端抵接。
7.根据权利要求5所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述气固耦合腔体(16)包括乳胶套(25)，所述乳胶套(25)的两端分别设置有开口，煤岩试样放置在所述乳胶套(25)内，且煤岩试样的外壁与所述乳胶套(25)的内壁相贴合，所述加载活塞杆(8)、动密封活塞(23)分别通过所述乳胶套(25)两端的开口与煤岩试样抵接，所述乳胶套(25)两端的所述开口分别与所述动密封活塞套(24)、围压腔(15)之间设置有密封组件。
8.根据权利要求7所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：位于所述围压腔(15)和所述乳胶套(25)之间的密封组件包括固定连接在所述围压腔(15)内的楔形密封底座(26)，所述楔形密封底座(26)靠近所述油缸外壁(5)设置，所述乳胶套(25)的内壁与所述楔形密封底座(26)的外壁相贴合，所述楔形密封底座(26)上设置有楔形密封套筒(27)，所述楔形密封底座(26)与所述楔形密封套筒(27)向适配，所述乳胶套(25)设置在所述封底座(26)、楔形密封套筒(27)之间。
9.根据权利要求5所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于：所述气体导入组件包括进气通道(12)和出气通道(13)，所述进气通道(12)的一端贯穿所述动密封活塞(23)与所述气固耦合腔体(16)内部连通，所述进气通道(12)的另一端通过调压阀(11)连通有瓦斯气源(10)，所述出气通道(13)的一端贯穿所述加载活塞杆(8)与所述气固耦合腔体(16)内部连通，所述出气通道(13)的另一端与真空泵(14)连通。
10.气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载方法，基于权利要求1所述的气固耦合环境下变频煤岩循环动静组合加载装置，其特征在于，操作步骤包括：
