局部矿井刚度试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种局部矿井刚度试验装置及方法，涉及局部矿井刚度试验技术领域，包括试件底座，用于放置试件；加载框架，与所述试件平台固定连接；加载系统，与加载框架连接，用于对试件施加压力；监测系统，用于实时测量试件的变形量；控制系统，与所述加载系统和监测系统连接，控制加载系统加载方式，并根据监测系统的实时数据来计算分析所述试件在加载过程中的参数变化。本发明专利技术能够监测岩体发生岩爆过程时试样的裂纹及破坏全过程，分析监测试验岩体破坏时的机理变化，实验室再现冲击地压及岩爆灾害发生全过程，可为冲击地压及岩爆相关的动力灾害前兆信息的获取提供借鉴意义。

【技术实现步骤摘要】
局部矿井刚度试验装置及方法
本专利技术涉及局部矿井刚度试验
，尤其涉及一种局部矿井刚度试验装置及方法。
技术介绍
目前，我国煤矿面临着严重的冲击地压灾害威胁，冲击地压的解决途径主要有两个：一是采用卸压、支护、改变采掘布置等手段，避免冲击地压灾害的发生；二是对冲击地压灾害进行监测预警，提前进行生产布置，达到避免或减小人员伤亡和设备损坏的目的。任何一种方法的成功实施都需要对冲击地压的发生机理有着准确的把握，最基础的机理研究才能产生最根本有效的解决方案。局部矿井刚度理论由Salamon于1970年提出，定义为在矿井不同位置在不同开采阶段煤层及其顶、底板系统的相应刚度。局部矿井刚度与煤岩破坏模式(稳定或不稳定性破坏)的关系可以用岩石实验室压缩试验的峰后卸载曲线来说明。若加载系统的刚度低于负载系统时，岩石的屈服破坏期间释放的能量将大于岩石可以吸收的能量，进而引发岩石发生不稳定性破坏。在矿井开采过程中，随着采掘活动的进行以及煤体的不断采出，局部矿井刚度逐步减小，煤体加载系统变“软”，煤体发生不稳定性破坏(如冲击地压)的概率增加。现阶段关于局部矿井刚度理论的研究只是停留在理论分析及数值模拟计算，缺乏一种有效的试验装置来对冲击地压及岩爆全过程实验再现进行研究，所以该试验装置的研发对于煤岩体动力灾害机理的研究有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种局部矿井刚度试验装置及方法，用以解决现有技术中缺乏一种有效的试验装置来对冲击地压及岩爆全过程实验再现进行研究的问题，实现对煤岩体动力灾害机理的全方位研究。本专利技术提供一种局部矿井刚度试验装置，包括试件底座，用于放置试件；加载框架，与所述试件底座固定连接；加载系统，与所述加载框架连接，用于对所述试件施加压力；开挖系统，用于对所述试件进行开挖，改变所述试件承载刚度；监测系统，用于实时测量所述试件的力学响应特征；控制系统，与所述加载系统和所述监测系统电连接，控制所述加载系统加载方式，并根据所述监测系统的实时数据来计算分析所述试件在加载过程中的参数变化。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述加载系统包括：法向加载系统，设置在所述加载框架上，用于对所述试件施加法向预紧力；动力加载系统，设置在所述法向加载系统的自由端部，用于对所述试件实施动力扰动进而诱发冲击地压及岩爆发生。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述法向加载系统包括法向油缸，所述动力加载系统包括弹簧油缸以及与所述弹簧油缸连接的蓄能器。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述弹簧油缸的下端设置有加载压头，所述加载压头与所述弹簧油缸之间通过球形铰接结构连接。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述监测系统包括：法向位移传感器，用于监测所述法向油缸的伸出量；压力传感器，设置在所述法向油缸与所述弹簧油缸之间，用于监测所述加载系统的压力变化；变形传感器，对应于所述弹簧油缸设置，用于监测所述弹簧油缸的伸出量。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述监测系统还包括动态图像采集单元，用于对所述试件的动态破坏方式进行捕捉。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述试件底座上端设置有水平滑移平台，用于放置所述试件，所述水平滑移平台具有升降滑轮，用于移动所述水平滑移平台并调整所述水平滑移平台高度与所述试件底座贴合。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述开挖系统包括电机，通过所述电机驱动的钻头，连接所述钻头和所述电机的钻杆、以及与所述钻杆固定连接的液压推进装置。根据本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，所述开挖系统还包括与所述钻杆相配合的钻杆导向装置和钻杆升降装置，所述钻杆导向装置和所述钻杆升降装置分别用于调整所述钻头水平和垂直方向上的移动。本专利技术还提供一种局部矿井刚度试验方法，包括如下步骤：对所述试件施加第一法向力，所述第一法向力作为预紧力对所述试件进行位置保持；对所述试件施加第二法向力，所述第二法向力对所述试件进行压力保持；在所述第二法向力达到预设值后进行稳压；对稳压后的所述试件进行局部开挖，当所述试件承载强度低于所述第二法向力的加载强度时，利用所述第二法向力对所述试件施加动载扰动进而诱发岩爆，同时记录分析所述试件的形变参数。本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置，通过试件底座、加载框架、加载系统、监测系统、控制系统以及开挖装置组成的新型试验模拟装置，能够对试验岩体实施加载破坏，实时监测试验岩体的形变量，监测岩体发生冲击过程时试样的裂纹及破坏全过程，分析监测试验岩体破坏时的机理变化，实验室再现冲击地压及岩爆灾害发生全过程，可为冲击地压及岩爆相关的动力灾害前兆信息的获取提供借鉴意义；同时通过开挖系统逐步改变试验岩体刚度，模拟矿井在刚度降低时，上部载荷作用下发生冲击破坏，有利于理解冲击地压发生机理。进一步，本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验方法，由于采用上述装置进行试验，因此同样具备如上所述的优势。附图说明为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置的各部件组合示意图；图2是本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置的加载主机与开挖系统的组合示意图；图3是本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置的加载主机结构示意图；图4是本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置的开挖系统结构示意图；图5是本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验装置的钻杆导向装置和钻杆升降装置结构示意图；图6是本专利技术提供的一种局部矿井刚度试验方法的步骤流程图。附图标记：1-试件底座、11-水平滑移平台、12-升降滑轮；2-动力加载系统、21-蓄能器、22-油源、23-弹簧油缸、24-加载压头；3-加载框架；4-法向加载系统、41-法向油缸；5-开挖系统、51-钻杆、52-液压推进装置、53-电机、54-钻头、55-钻杆导向装置、56-钻杆升降装置；61-控制台、62-控制柜；71-法向位移传感器、72-压力传感器、73-变形传感器；8-试件。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为实现本专利技术提到的对局部矿井刚度的冲击地压及岩爆全过程实验再现进行研究，本专利技术结合图1-图6提供如下一种实施例：本实施例提供一种局部矿井刚度试验装置，如图1-图5所示，该装置包括加载主机以及与加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局部矿井刚度试验装置，其特征在于，包括：/n试件底座，用于放置试件；/n加载框架，与所述试件底座固定连接；/n加载系统，与所述加载框架连接，用于对所述试件施加压力；/n开挖系统，用于对所述试件进行开挖，改变所述试件承载刚度；/n监测系统，用于实时测量所述试件的力学响应特征；/n控制系统，与所述加载系统和所述监测系统电连接，控制所述加载系统加载方式，并根据所述监测系统的实时数据来计算分析所述试件在加载过程中的参数变化。/n

【技术特征摘要】
1.一种局部矿井刚度试验装置，其特征在于，包括：
试件底座，用于放置试件；
加载框架，与所述试件底座固定连接；
加载系统，与所述加载框架连接，用于对所述试件施加压力；
开挖系统，用于对所述试件进行开挖，改变所述试件承载刚度；
监测系统，用于实时测量所述试件的力学响应特征；
控制系统，与所述加载系统和所述监测系统电连接，控制所述加载系统加载方式，并根据所述监测系统的实时数据来计算分析所述试件在加载过程中的参数变化。


2.根据权利要求1所述的一种局部矿井刚度试验装置，其特征在于，所述加载系统包括：
法向加载系统，设置在所述加载框架上，用于对所述试件施加法向预紧力；
动力加载系统，设置在所述法向加载系统的自由端部，用于对所述试件实施动载扰动进而诱发岩爆。


3.根据权利要求2所述的一种局部矿井刚度试验装置，其特征在于，所述法向加载系统包括法向油缸，所述动力加载系统包括弹簧油缸以及与所述弹簧油缸连接的蓄能器。


4.根据权利要求3所述的一种局部矿井刚度试验装置，其特征在于，所述弹簧油缸的下端设置有加载压头，所述加载压头与所述弹簧油缸之间通过球形铰接结构连接。


5.根据权利要求4所述的一种局部矿井刚度试验装置，其特征在于，所述监测系统包括：
法向位移传感器，用于监测所述法向油缸的伸出量；
压力传感器，设置在所述法向油缸与所述弹簧油缸之间，用于监测所述加载系统的压力变化；
变形传感器，对应于所述弹簧油缸...

【专利技术属性】
技术研发人员：高富强，原贵阳，杨景贺，李建忠，娄金福，王晓卿，杨磊，曹舒雯，雷顺，
申请(专利权)人：中煤科工开采研究院有限公司，天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11