【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿动力灾害安全实验领域，特别涉及一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统及实验方法。
技术介绍
1、随着经济快速发展,我国对煤炭的需求量也呈持续增长趋势。随着浅部煤炭资源的逐渐减少，矿井的开采深度增加，矿井面临的扰动愈加复杂，随之而来的危险也不断增加。地下工程围岩支护结构在梯度载荷下的稳定性一直是众多研究者关注的问题，煤岩在实际工程中围岩支护结构常因承受岩体开挖引起的各方向的梯度载荷而失效。
2、梯度载荷指的是在空间上具有不均匀分布的载荷。它表示的是载荷的变化率或梯度，即载荷在空间上的梯度变化。目前，传统的煤岩加载破坏实验只是简单的施加均布载荷，不能真实还原煤岩在地下所受到的复杂梯度载荷，仅依靠简单的均布载荷实验已无法满足深部开采条件下梯度载荷诱发的动力灾害防治。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，本专利技术实施例提供了一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统及实验方法，能够探究梯度载荷条件对煤岩破坏的影响，得出梯度载荷下煤岩的力学特性和变形破坏特性，为揭示梯度载荷作用下岩体破坏特征和预警前兆信息奠定了基础，可指导深部地下工程巷道支护和监测预警，方案如下：
2、一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，包括实验台，还包括：
3、试样，所述试样安装在试验台上，所述试样为立方体结构；
4、以及，x轴加载装置、y轴加载装置和z轴加载装置，所述x轴加载装置对所述试样的一侧面施加x轴方向的加载力
5、其中，所述x轴加载装置包括：转动电机、安装座、第一油压缸、第二油压缸和第三油压缸，所述第一油压缸的固定端、第二油压缸的固定端和第三油压缸的固定端安装在所述安装座内，所述第一油压缸、第二油压缸和第三油压缸依次排列安装，所述安装座安装在所述转动电机的输出端，所述转动电机带动所述安装柱转动，当x轴加载装置为工作状态时，所述第一油压缸的输出端、所述第二油压缸的输出端和所述第三油压缸的输出端形成的平面为正方形；
6、以及，亚克力板，所述试样的三个加载面分别粘接亚克力板；
7、以及，数据采集仪，所述数据采集仪采集所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置中的每个油压缸的载荷；
8、以及，上位机，所述上位机分别控制连接所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置，所述上位机与所述数据采集仪连接。
9、可选地，本系统还包括限位钢板，所述限位钢板的数量为两个；
10、两个所述限位钢板分别安装在所述试样的两个侧面上，其中，所述试样用于安装限位板的两个侧面为加载面的对立面；
11、当y轴加载装置对所述试样加载时，一个所述限位钢板限制所述试样沿y轴加载装置的加载方向移动；
12、当x轴加载装置对所述试样加载时，另一个所述限位钢板限制所述试样沿x轴加载装置的加载方向移动。
13、可选地，还包括：声发射传感器和电磁天线；
14、所述声发射传感器和所述电磁天线设置在所述试验台上；
15、所述声发射传感器和所述电磁天线分别连接所述数据采集仪。
16、可选地，所述第一油压缸、所述第二油压缸和所述第三油压缸的结构相同；
17、所述第一油压缸的输出端的平面为60mm*20mm的长方形结构；
18、所述亚克力板为60mm*60mm*1mm的方形亚克力薄板结构。
19、可选地，所述亚克力板通过耦合剂粘黏在对应的加载面。
20、可选地，还包括过载保护装置，所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置内的每个油压缸分别通过过载保护装置与上位机连接。
21、一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验方法，应用于上述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，包括：
22、将试样放在实验台上，对所述试样进行预处理；
23、根据实验要求在所述试验台上布置数据采集设备，将所述数据采集设备和所述数据采集仪分别连接；
24、根据模拟埋深的数值，得到所述x轴加载装置的初始加载力的数值、所述y轴加载装置的初始加载力的数值和所述z轴加载装置的初始加载力的数值；
25、根据所述x轴加载装置的初始加载力的数值、所述y轴加载装置的初始加载力的数值和所述z轴加载装置的初始加载力的数值，所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置分别对试样施加初始加载力；
26、根据实验要求选择加载梯度模式，根据加载梯度模式分别驱动所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置内的每个油压缸工作，同时，所述数据采集设备采集对应的参数；
27、根据所述数据采集设备采集到的参数，得到梯度载荷对试样的破坏的影响。
28、可选地，所述将试样放在实验台上，对所述试样进行预处理包括：
29、将试样放在桌面上，将限位钢板分别安装在所述试样的两个侧面上，其中，所述试样用于安装限位板的两个侧面为加载面的对立面；
30、通过耦合剂将三个亚克力板分别黏合在试样的三个加载面上；
31、所述根据实验要求在所述试验台上布置数据采集设备中的数据采集设备包括：声发射传感器和电磁天线。
32、可选地，所述根据模拟埋深的数值，得到所述x轴加载装置的初始加载力的数值、所述y轴加载装置的初始加载力的数值和所述z轴加载装置的初始加载力的数值包括：
33、所述z轴加载装置的初始加载力的数值满足公式(1)至公式(3)：
34、σv＝0.0245h(1)
35、
36、σv＝fz＝fz1初始+fz2初始+fz3初始(2)
37、
38、fz1初始＝fz2初始＝fz3初始(3)
39、
40、其中，σv为轴压，h为埋深的数值，fz为z轴加载装置的初始加载力；
41、fz1初始为z轴加载装置的第一油压缸的初始加载力，fz2初始为z轴加载装置的第二油压缸的初始加载力，fz3初始为z轴加载装置的第三油压缸的初始加载力；
42、所述x轴加载装置的初始加载力的数值和所述y轴加载装置的初始加载力的数值满足公式(4)至公式(6)：
43、σh＝0.0215h+3.267(4)
44、
45、σh＝0.0113h+1.954(5)
46、
47、
48、其中，σh为最大水平主应力，σh为最小水平主应力，fx为x轴加载装置的初始加载力，fy为y轴加载装置的初始加载力。
49、可选地，所述根据本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，包括实验台，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，还包括限位钢板，所述限位钢板的数量为两个；
3.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，还包括：声发射传感器和电磁天线；
4.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，所述第一油压缸、所述第二油压缸和所述第三油压缸的结构相同；
5.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，所述亚克力板通过耦合剂粘黏在对应的加载面。
6.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，还包括过载保护装置，所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置内的每个油压缸分别通过过载保护装置与上位机连接。
7.一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验方法，其特征在于，应用于权利要求1字权利要求6任一项所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，包括：
8.根据权利要求6所述的模拟梯
9.根据权利要求7所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验方法，其特征在于，所述根据模拟埋深的数值，得到所述x轴加载装置的初始加载力的数值、所述y轴加载装置的初始加载力的数值和所述z轴加载装置的初始加载力的数值包括：
10.根据权利要求7所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验方法，其特征在于，所述根据实验要求选择加载梯度模式中的加载梯度模式包括：单调递增模式、单调递减模式、先增后减模式和先减后增模式；
...【技术特征摘要】
1.一种模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，包括实验台，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，还包括限位钢板，所述限位钢板的数量为两个；
3.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，还包括：声发射传感器和电磁天线；
4.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，所述第一油压缸、所述第二油压缸和所述第三油压缸的结构相同；
5.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，所述亚克力板通过耦合剂粘黏在对应的加载面。
6.根据权利要求1所述的模拟梯度载荷加载煤岩破坏的实验系统，其特征在于，还包括过载保护装置，所述x轴加载装置、所述y轴加载装置和所述z轴加载装置内的每...
【专利技术属性】
技术研发人员：周超，宋大钊，曾啸，李振雷，彭玉杰，何学秋，金爱兵，韦梦菡，李博，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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