本申请涉及岩石试验技术的领域，尤其涉及一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置及方法，包括：架体；围压盒，可水平垂直交叉运动的设置于架体下侧；多个应力加载缸，分别水平固定于围压盒的各竖直侧，各应力加载缸的伸缩杆均朝向围压盒内部；多个应力施加板，分别竖直固定于围压盒同侧的多个应力加载缸的伸缩杆；破岩载荷施加单元，设置于架体对应围压盒的上方，用于对岩体试样施加破岩载荷。本申请具有能够模拟深部岩体在高应力环境下的机械刀具破碎机理研究，补充现有岩石切割试验系统的不足。试验系统的不足。试验系统的不足。
【技术实现步骤摘要】
一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置及方法
[0001]本申请涉及岩石试验技术的领域，尤其是涉及一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置及方法。
技术介绍
[0002]随着国民经济的快速发展，我国浅部矿产资源已趋于枯竭，深部开采即将成为地下资源开采的新常态。为了在即将到来的地下资源大规模深部开采中抓住机遇和挑战，亟待解决深部固体资源如何安全绿色高效开采这一关键科学技术问题。
[0003]然而，目前主导地下非煤硬岩矿体开采的传统钻爆法日益显露出作业危险性高、生产效率低、衍生破坏大、智能化进程缓慢等突出问题，难以满足现代岩石工程所倡导的安全、高效、绿色等要求，因此亟待探索能够克服钻爆法弊端的非爆机械化破岩技术以替代钻爆法。
[0004]而深部高应力环境存在着利于岩石破碎的倾向，只要在对深部硬岩矿体应力环境、岩石特性、空间结构、可切割性充分感知的基础上，探索其破碎机理，就有望在不使用炸药的情况下利用机械刀具进行连续切割矿岩，实现深部硬岩的高效连续开采，即基于机械刀具破岩的非爆机械化连续开采。
[0005]为此亟需提供一种试验装置，能够模拟深部岩体在高应力环境下破碎机理研究，补充现有岩石切割试验系统的空缺。
技术实现思路
[0006]为了能够模拟深部岩体在高应力环境下破碎机理研究，补充现有岩石切割试验系统的空缺，本申请提供一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置。
[0007]第一方面，本申请提供的一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，采用如下的技术方案：一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，包括：架体；围压盒，可水平垂直交叉运动的设置于架体下侧；多个应力加载缸，分别水平固定于围压盒的各竖直侧，各应力加载缸的伸缩杆均朝向围压盒内部；多个应力施加板，分别竖直固定于围压盒同侧的多个应力加载缸的伸缩杆；破岩载荷施加单元，设置于架体对应围压盒的上方，用于对岩体试样施加破岩载荷。
[0008]通过采用上述技术方案，试验时，将岩体试样置于围压盒内，通过多个应力加载缸的伸缩杆伸缩，推动应力施加板抵接于岩体试样的各竖直侧，实现岩体试样在围压盒内的定位，然后再通过多个应力加载缸的伸缩杆延伸，推动应力施加板对岩体试样施加试验高应力，达到试验所需的应力条件，即可模拟处深部岩体在高应力环境下的状态，然后再通过
破岩载荷施加单元将载荷施加至岩体试样的表面，再通过围压盒带动岩体试样按预设轨迹进行运动，即可实现对岩体试样的先侵入后直线切割的过程，补充现有岩石切割试验系统的空缺。
[0009]可选的，所述破岩载荷施加单元包括：伸缩驱动件，竖直固定于架体；刀具安装座，固定于伸缩驱动件的下端；扰动元件，固定于刀具安装座与伸缩驱动件之间。
[0010]刀具组件，固定于刀具安装座；多源辅助破岩组件，固定于刀具安装座，随刀具安装座同步运动，用于辅助刀具组件破岩。
[0011]通过采用上述技术方案，试验时，伸缩驱动件带动刀具组件与多源辅助破岩组件同步下降，至刀具组件抵接于岩体试样的表面后，通过围压盒移动，即可实现岩体试样表面的直线切割操作，在刀具组件对岩体试样施加静载荷的同时，通过扰动元件可以同时通过刀具组件对岩体试样施加扰动载荷，从而达到对岩体试样切割过程中同时施加动静组合荷载，以达到对岩体试样的试验，而设置的多源辅助破岩组件可以采用多种辅助源与刀具组件配合，以实现达到试验出多种辅助源与刀具组件配合状态时岩体试样的破岩情况。
[0012]可选的，所述刀具组件包括：刀具后座，原位可转动的设置于刀具安装座下端；角度调整座，可转动的设置于刀具后座，所述角度调整座的转动轴线水平设置；镐形刀具，固定于角度调整座。
[0013]通过采用上述技术方案，试验时，通过刀具后座原位转动，能够带动角度调整座原位转动，然后通过角度调整座转动，可以带动镐形刀具进行摆动，从而调节镐形刀具迎向与岩体试样移动方向，并调整好镐形刀具与岩石试样的接触面角度，以满足不同形式的试验要求。
[0014]可选的，所述刀具组件包括：滚刀固定座，原位可转动的设置于刀具安装座下端；滚刀刀具，可转动的设置于滚刀固定座，所述滚刀刀具的转动轴线水平设置。
[0015]通过采用上述技术方案，试验时，通过滚刀固定座调整滚刀的角度，使其轴线方向垂直于岩石试样的移动方向，然后通过滚刀刀具下降至侵入岩体试样表面，通过滚刀刀具对岩体试样进行滚压破岩试验。
[0016]可选的，所述多源辅助破岩组件包括：多源辅助盘，同轴可转动的设置于刀具安装座；夹持件，可竖直摆动的设置于多源辅助盘的周边位置处；发射端，竖直固定于夹持件，用于施加高压水射流和/或微波加热和/或激光和/或等离子体电火花和/或超声波至岩石试样表面。
[0017]通过采用上述技术方案，试验时，根据试验的具体要求可以采用能够发射不同辅助破岩载荷的发射端置于夹持件上，然后，通过多源辅助盘转动，配合夹持件摆动，调节发射端的位置以及角度，即可实现在刀具组件对岩石试样切割之前或切割中对岩石试样施加高压水射流和/或微波加热和/或激光和/或等离子体电火花和/或超声波等辅助破岩载荷
至岩石试样表面，以探究多种辅助破岩能量与刀具组件配合状态时岩体试样的破岩情况。
[0018]可选的，还包括：三向力传感器，固定于刀具安装座与伸缩驱动件之间，监测刀具组件三向力变化并输出变化数据信号；三向力监测模块，接收三向力变化数据信号并记录。
[0019]通过采用上述技术方案，采用的三向力传感器与三向力监测模块的配合，可以通过三向力监测模块实现接收刀具组件三向力变化数据信号，达到对刀具组件工作过程的监控。
[0020]可选的，还包括：声发射探头，固定于各应力施加板，接收岩体试样内部的声发射信号并输出；声发射监测模块,接收声发射探头传输的声发射信号并记录。
[0021]通过采用上述技术方案，采用的声发射探头与声发射监测系统的配合，可以通过声发射监测系统实现接收岩石内部的声发射信号，达到对岩体内部裂纹扩展情况进行监测和记录。
[0022]可选的，还包括：红外测温仪，设置于围压盒一侧，用于辐照刀具组件与岩体试样接触面区域，接收刀具组件表面温度变化数据并输出；温度监测模块，接收红外测温仪输出的刀具组件表面温度变化数据并记录。
[0023]通过采用上述技术方案，在工作过程中，通过红外测温仪与温度监测系统对刀具组件与岩体接触区域的温度变化情况进行记录，可以有效的监控切割过程中的刀具表面温度变化。
[0024]可选的，还包括：激光扫描仪，用于对岩体试样的切割形貌扫描并输出；扫描处理模块，接收激光扫描仪扫描的切割形貌并重构，生成相应点云图。
[0025]通过采用上述技术方案，通过对岩体试样切割的形貌以及破碎下的岩屑扫描重构后形成点云图，可以便于分析切割槽形貌、岩屑块度等数据信息。
[0026]第二方面，本申请提供的一种破岩试验方法，采用如下的技术方案：一种破岩试验方法，包括以下步骤：对岩体试样的各竖直侧施加本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，其特征在于，包括：架体(1)；围压盒(22)，可水平垂直交叉运动的设置于架体(1)下侧；多个应力加载缸(23)，分别水平固定于围压盒(22)的各竖直侧，各应力加载缸(23)的伸缩杆均朝向围压盒(22)内部；多个应力施加板(24)，分别竖直固定于围压盒(22)同侧的多个应力加载缸(23)的伸缩杆；破岩载荷施加单元，设置于架体(1)对应围压盒(22)的上方，用于对岩体试样施加破岩载荷。2.根据权利要求1所述的高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，其特征在于，所述破岩载荷施加单元包括：伸缩驱动件(31)，竖直固定于架体(1)；刀具安装座(32)，固定于伸缩驱动件(31)的下端；扰动元件(34)，固定于刀具安装座(32)与伸缩驱动件(31)之间；刀具组件，固定于刀具安装座(32)；多源辅助破岩组件(6)，固定于刀具安装座(32)，随刀具安装座(32)同步运动，用于辅助刀具组件破岩。3.根据权利要求1所述的高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，其特征在于，所述刀具组件包括：刀具后座(41)，原位可转动的设置于刀具安装座(32)下端；角度调整座(42)，可转动的设置于刀具后座(41)，所述角度调整座(42)的转动轴线水平设置；镐形刀具(43)，固定于角度调整座(42)。4.根据权利要求1所述的高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，其特征在于，所述刀具组件包括：滚刀固定座(51)，原位可转动的固定于刀具安装座(32)下端；滚刀刀具(52)，可转动的设置于滚刀固定座(51)，所述滚刀刀具(52)的转动轴线水平设置。5.根据权利要求2所述的高应力诱导多源辅助机械刀具切削破岩试验装置，其特征在于，所述多源辅助破岩组件(6)包括：多源辅助盘(61)，同轴可转动的设置于刀具安装座(32)；夹持件(62)，可竖直摆动的设置于多源辅助盘(61)的周边位置处；发射端(64)，竖直固定于夹持件(62)...
【专利技术属性】
技术研发人员：王少锋，石鑫垒，李夕兵，魏长远，樊凯鑫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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