一种煤体应力随钻测量实验方法及装置制造方法及图纸

一种煤体应力随钻测量实验方法及装置，其特征是所述的实验装置包括X方向滑台（1）、X方向滑台（1）上放置有工作台（2），工作台（2）上安装有伺服位移驱动装置和导轨（3）；所述伺服位移驱动装置包括：位移驱动器（51）、压力传感器（52）、钩子（53）；所述伺服旋转驱动装包括：旋转驱动器（61）、扭矩传感器（62）、钻杆连接器（63）和安装盒（64）；所述钻杆连接器（63）连接钻杆（7），钻杆（7）穿过反力板（8）的小孔，对试样（9）进行钻进；所述试样（9）周边三向放置加载液压缸进行常规加载，或放置阵列缸和底部带有斜坡的加载板（14）进行多点加载。本发明专利技术结构简单，实验功能齐全，能够模拟井下复杂应力环境。能够模拟井下复杂应力环境。能够模拟井下复杂应力环境。

【技术实现步骤摘要】
一种煤体应力随钻测量实验方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种矿山安全技术，尤其是一种煤矿安全实验技术，具体地说是一种煤体应力随钻测量实验方法及装置

技术介绍

[0002]对于煤体应力如何准确获取和测量一直以来是国内外学者研究目标。钻屑法使测量煤体应力并预测冲击地压灾害较为常用的方法之一。目前钻屑法测试结果相对较为准确，但由于受到煤体自身性质的不连续性以及人为操作因素，测试结果较为单一无法进行对比，且钻进过程中由于钻杆自身影响所带来的误差也较大，导致预测结果不理想。
[0003]煤体内部应力愈大，钻杆推力与扭矩等力学参量会随着应力的不同而发生变化，钻孔内排出的煤粉量与之对应也会发生变化。研究钻屑量及钻进过程中伴随着出现的其它钻进多参量信息(推力、扭矩等)的变化规律，确定煤体应力与钻进多参量信息的关系，形成多参量综合监测应力的方法，有利于更加准确、有效地监测应力并预测冲击地压灾害，对灾害的及时防控具有重要的工程意义。
[0004]要实现煤体应力随钻测量首先要建立钻进应力力学、声学预测模型，煤矿井下应力环境未知，很难开展现场工程试验。实验室试验是研究煤体应力与钻进多参量信息的关系的重要手段。开展相关实验研究，需要伺服控制钻进过程来测量钻进过程中的钻进工作参数和声发射参量；需要系统研究应力、煤岩物理力学参数对钻机钻进工作参数和声发射参量的影响；需要模拟井下复杂非线性应力环境，考虑多点不同应力对钻进工作参数和声发射参量的影响。目前还缺乏相应的真实模拟井下应力环境下进行煤体应力随钻测量的实验方法和装置。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是目前因无合适的煤体钻进力学实验方法和装置而影响对测定煤层安全参数的相关技术进行实验室研究的问题，专利技术一种煤体应力随钻测量实验方法，同时提供一种相应的实验装置。
[0006]本专利技术技术方案之一是：
[0007]一种煤体应力随钻测量实验方法，特征在于：包括以下步骤：
[0008]1)根据相似准则配制长方体试样9或取大块煤体加工成长方体试样9；
[0009]2)通过力学实验获取试样强度、弹模、内摩擦角、泊松比；
[0010]3)对试样9加载X方向应力10、Z方向应力11、Y方向应力12，模拟煤体实际受力环境；
[0011]4)伺服位移驱动装置带动伺服旋转驱动装置和钻杆7，在导轨3上滑行，钻杆7穿过反力板8，伺服控制钻进位移或推力，伺服控制扭矩或转速，对试样9进行钻进作业，通过扭矩传感器62、旋转驱动器61内置的转速传感器、压力传感器52、位移驱动器51内置的位移传感器、称重传感器13，采集测量钻进过程中工作参数，包括：扭矩、转速、推力、位移、钻屑量，
以及测量钻进过程中声发射幅值、脉冲；钻机前进时位移驱动器51的伸出杆推动压力传感器52，带动伺服旋转驱动装置前移；钻机后退时，通过钩子53勾住安装盒64，带动伺服旋转驱动装置后退；
[0012]5)配制或采集不同力学参数的长方体试样9，加工成长方体试样9，重复步骤2～4，记录不同力学参数的试样钻进过程中的工作参数，研究不同材料物理力学参数对钻进工作参数和声发射参量的影响；
[0013]6)改变X方向、Z方向和Y方向三个方向的加载应力，重复步骤4，研究不同应力对钻进工作参数的影响；或采用阵列缸或底部带有斜坡的加载板14，对试样9顶部施加多点线性变化的不同载荷15或顶部、侧面同时施加多点线性变化的不同载荷15和16，重复步骤4，钻进过程中一次性获得多点不同应力条件下的钻进工作参数和声发射参量；
[0014]7)在Y方向上对试样9施加多点非线性的载荷17，模拟煤体受到的复杂应力条件，通过指数函数、多项式函数描述不同的非线性应力17和18，来重复步骤4，模拟研究巷道侧向不同非线性应力对钻进工作参数和声发射参量的影响；
[0015]8)在X方向上对试样9施加多点非线性的载荷19，通过X方向滑台1调整钻孔位置，重复步骤4，模拟研究沿巷道走向不同非线性应力对钻进工作参数和声发射参量的影响。
[0016]本专利技术技术方案之二是：
[0017]一种煤体应力随钻测量实验装置，其特征在于：包含X方向滑台、工作台2、伺服位移驱动装置、伺服旋转驱动装置；X方向滑台1上放置有工作台2，工作台2上安装有伺服位移驱动装置和导轨3；所述伺服位移驱动装置包括：位移驱动器51、压力传感器52、钩子53，位移驱动器51固定在工作台2伺服旋转驱动装置的安装盒64上，位移驱动器51的伸出杆推动伺服旋转驱动装置在导轨3上移动，压力传感器52安装在安装盒64上，位于安装盒64和位移驱动器51的伸出杆之间，用于测量位移驱动器51输出的推力；所述伺服旋转驱动装包括：旋转驱动器61、扭矩传感器62、钻杆连接器63和安装盒64；旋转驱动器61安装在安装盒64中并能随安装盒64一并沿导轨3移动；所述钻杆连接器63连接钻杆7，钻杆7穿过反力板8的小孔，对试样9进行钻进，扭矩传感器62安装在钻杆连接器63与旋转驱动器61之间；所述试样9周边三向放置加载液压缸进行常规加载，或放置阵列缸和底部带有斜坡的加载板14进行多点加载。
[0018]所述压力传感器52安装在伺服旋转驱动装置的安装盒64上；位移驱动器51的伸出杆在前进时抵住压力传感器52；当位移驱动器51的伸出杆后退时，伸出杆与压力传感器52分离，由钩子53带动安装盒64及其中的旋转驱动器61后退。
[0019]所述的反力板8下部安装有煤屑收纳盒，煤屑收纳盒安装在称重传感器13上。
[0020]所述的伺服位移驱动装置为液压式、电机式。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术煤体应力随钻测量实验方法及装置，能够在模拟井下应力环境下进行钻进作业；通过施加多点不同的载荷，钻进过程中一次性获得多点不同应力条件下钻进过程中的工作参数，作为样本数据；能够模拟井下复杂应力环境，考虑多点不同应力对钻进力学信息的影响。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的实验装置的结构示意图。
[0024]图2本专利技术的加载板安装结构示意图。
[0025]图3是本专利技术顶部施加多点线性变化的不同载荷示意图。
[0026]图4是本专利技术顶部施加多点线性变化的不同载荷。
[0027]图5是本专利技术顶部、侧面施加多点线性变化的不同载荷。
[0028]图6是本专利技术在Y方向上对试样施加多点非线性的载荷。
[0029]图7是本专利技术在X方向上对试样施加多点非线性的载荷。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。需要指出的是，下面仅以一种最优化的技术方案对本专利技术的技术方案以及设计原理进行详细阐述，但本专利技术的保护范围并不限于此。
[0031]实施例一。
[0032]如图1
‑
7所示。
[0033]一种煤体应力随钻测量实验方法，包括以下步骤：
[0034]1)根据相似准则配制长方体试样9或取大块煤体加工成长本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤体应力随钻测量实验方法，特征在于：包括以下步骤：1)根据相似准则配制长方体试样(9)或取大块煤体加工成长方体试样(9)；2)通过力学实验获取试样强度、弹模、内摩擦角、泊松比；3)对试样(9)加载X方向应力(10)、Z方向应力(11)、Y方向应力(12)，模拟煤体实际受力环境；4)伺服位移驱动装置带动伺服旋转驱动装置和钻杆(7)，在导轨(3)上滑行，钻杆(7)穿过反力板(8)，伺服控制钻进位移或推力，伺服控制扭矩或转速，对试样(9)进行钻进作业，通过扭矩传感器(62)、旋转驱动器(61)内置的转速传感器、压力传感器(52)、位移驱动器(51)内置的位移传感器、称重传感器(13)，采集测量钻进过程中工作参数，包括：扭矩、转速、推力、位移、钻屑量，以及测量钻进过程中声发射幅值、脉冲；钻机前进时位移驱动器(51)的伸出杆推动压力传感器(52)，带动伺服旋转驱动装置前移；钻机后退时，通过钩子(53)勾住安装盒(64)，带动伺服旋转驱动装置后退；5)配制或采集不同力学参数的长方体试样(9)，加工成长方体试样(9)，重复步骤2～4，记录不同力学参数的试样钻进过程中的工作参数，研究不同材料物理力学参数对钻进工作参数和声发射参量的影响；6)改变X方向、Z方向和Y方向三个方向的加载应力，重复步骤4，研究不同应力对钻进工作参数的影响；或采用阵列缸或底部带有斜坡的加载板(14)，对试样(9)顶部施加多点线性变化的不同载荷(15)或顶部、侧面同时施加多点线性变化的不同载荷(15)和(16)，重复步骤4，钻进过程中一次性获得多点不同应力条件下的钻进工作参数和声发射参量；7)在Y方向上对试样(9)施加多点非线性的载荷(17)，模拟煤体受到的复杂应力条件，通过指数函数、多项式函数描述不同的非线性应力(17)和(18)，来重复步骤4，模拟研究巷道侧向不同非线性应力对钻进工作参数和声发射参量的影响；8)在X方向上对试样(9)施加多点非线性的载荷(19)，通过X方向滑台(1)调整钻孔位置，重复步骤4，模拟研究沿巷道走向不...

【专利技术属性】
技术研发人员：王桂峰，刘心强，曹安业，窦林名，刘阳，袁开源，
申请(专利权)人：徐州大月尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：