沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括柔性加載單元、圍壓加載單元和沖擊加載單元；本發(fā)明柔性加載單元通過(guò)加載油缸和反力鋼絞線對(duì)試件施加豎向壓力，過(guò)圍壓加載單元使試件處于三軸應(yīng)力條件下，通過(guò)沖擊加載系統(tǒng)對(duì)試件施加沖擊荷載，試件在高應(yīng)力及沖擊擾動(dòng)條件下破壞，其強(qiáng)度降低并發(fā)生一定位移，在這個(gè)過(guò)程中，柔性加載單元中的反力鋼絞線對(duì)試件迅速進(jìn)行補(bǔ)充加載，模擬了外部圍巖對(duì)煤巖體的進(jìn)一步擠壓做功；本發(fā)明較好的模擬了沖擊地壓的發(fā)生條件，且三軸加載條件尤其適用于模擬回采巷道中發(fā)生的重力型沖擊地壓。
【專利說(shuō)明】沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及深部工程沖擊地壓發(fā)生規(guī)律的研究，特別是涉及一種沖擊地壓真三軸豐吳擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊地壓是指在煤礦井巷或回采工作面周圍，處于高地應(yīng)力條件下的煤巖體受到頂板斷裂或爆破擾動(dòng)發(fā)生破壞，并在破壞過(guò)程中受到圍巖的進(jìn)一步快速擠壓作用，瞬時(shí)釋放巨大能量而產(chǎn)生破壞的礦井動(dòng)力現(xiàn)象。常伴隨有巨大的聲響、煤巖體被拋向采掘空間和氣浪等現(xiàn)象，造成采掘空間中支護(hù)設(shè)備的破壞以及采掘空間的變形，嚴(yán)重時(shí)造成人員傷亡和井巷的毀壞，甚至引起地表塌陷而造成局部地震。
[0003]沖擊地壓是采礦業(yè)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題，嚴(yán)重影響著礦井的安全生產(chǎn)，尤其是在深部開(kāi)采過(guò)程中，圍巖處于高應(yīng)力條件下，受到采場(chǎng)上覆巖層斷裂擾動(dòng)，回采巷道很容易發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害。研究沖擊地壓發(fā)生規(guī)律，不僅要通過(guò)理論分析，更要通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)探索其本質(zhì)規(guī)律。
[0004]根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和理論分析認(rèn)為，為了在室內(nèi)模擬沖擊地壓現(xiàn)象，需滿足如下三個(gè)必要條件:3通過(guò)加載，使煤巖體處于高應(yīng)力狀態(tài)下；I對(duì)高應(yīng)力條件下的煤巖體施加沖擊荷載，以模擬采空區(qū)覆巖斷裂導(dǎo)致的應(yīng)力波對(duì)巷道的沖擊；f在煤巖體破壞的過(guò)程中迅速進(jìn)行補(bǔ)充加載，即補(bǔ)充能量，以模擬外部圍巖對(duì)煤巖體的進(jìn)一步擠壓做功。但是，目前還沒(méi)有設(shè)備能夠同時(shí)滿足上述三個(gè)條件，實(shí)驗(yàn)室模擬成為沖擊地壓的研究的瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以使試件在三軸高應(yīng)力條件下承受沖擊荷載，并在試件破壞過(guò)程中迅速補(bǔ)充能量的沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
一種沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括柔性加載單元、圍壓加載單元和沖擊加載單元；
所述的柔性加載單元，包括底座、加載油缸、伺服油源、加載墊板、反力板、反力鋼絞線；加載油缸一端支撐在底座上，另一端對(duì)試件施加軸向荷載；反力板左右兩側(cè)分別設(shè)有用于連接反力鋼絞線的通孔；反力鋼絞線有多條，其中任意一條一端固定在底座上，另一端固定在反力板上，用于對(duì)反力板施加反力，并且在反力板受到?jīng)_擊時(shí)不會(huì)產(chǎn)生支撐效應(yīng)，當(dāng)試件破壞時(shí)，在彈性作用下瞬間收縮，對(duì)試件快速的補(bǔ)充加載；
所述的圍壓加載單兀，包括加載框架、加載墊板、加載油缸、伺服油源，加載油缸固定在加載框架的四個(gè)內(nèi)側(cè)面上，加載油缸在伺服油源的驅(qū)動(dòng)下對(duì)試件施加壓力； 所述的沖擊加載單元，用于給巖樣試件施加豎直向的沖擊荷載，包括沖擊重塊、吊臂、提升裝置和導(dǎo)向裝置，沖擊重塊的重量和高度均可調(diào)節(jié)，提升裝置固定在吊臂上用于提升沖擊重塊，導(dǎo)向裝置表面標(biāo)有刻度，用于測(cè)量沖擊重塊的高度，并且可以防止沖擊重塊下落時(shí)發(fā)生偏斜；
所述的試件為立方體形，中間具有水平的貫穿孔洞或者半截孔洞，試件表面涂有潤(rùn)滑齊U，以減小其變形過(guò)程中受到的摩擦力。
[0007]本發(fā)明還可以包括測(cè)控系統(tǒng)，所述的測(cè)控系統(tǒng)用于測(cè)量和控制加載油缸施加的荷載和發(fā)生的位移，包括荷載和位移測(cè)量單元、伺服控制單元；所述荷載和位移測(cè)量單元包括設(shè)置于三個(gè)方向加載機(jī)構(gòu)上的應(yīng)力傳感器和LVDT變位計(jì)，用于測(cè)量試件不同邊界的荷載和位移，并將測(cè)量結(jié)果傳送到伺服控制系統(tǒng)單元；所述伺服控制系統(tǒng)單元包括3個(gè)獨(dú)立的數(shù)控單元，根據(jù)所述荷載和位移測(cè)控單元測(cè)量結(jié)果分別控制三個(gè)方向的荷載和位移。
[0008]本發(fā)明的原理是:
本發(fā)明柔性加載單元通過(guò)加載油缸和反力鋼絞線對(duì)試件施加豎向壓力，在這個(gè)過(guò)程中反力鋼絞線有一定彈性伸長(zhǎng)，然后通過(guò)圍壓加載單元使試件處于三軸應(yīng)力條件下；通過(guò)沖擊加載系統(tǒng)對(duì)試件施加沖擊荷載，以模擬采空區(qū)覆巖斷裂導(dǎo)致的應(yīng)力波對(duì)巷道的沖擊，由于反力鋼絞線為柔性材料，不會(huì)像常規(guī)剛性立柱一樣對(duì)沖擊荷載造成影響(支撐效應(yīng))，首次實(shí)現(xiàn)了讓試件在特定的三軸荷載條件下進(jìn)一步承受沖擊荷載的目標(biāo)；試件在高應(yīng)力及沖擊擾動(dòng)條件下破壞，其強(qiáng)度降低并發(fā)生一定位移，在這個(gè)過(guò)程中柔性加載單元中的反力鋼絞線瞬間收縮，對(duì)試件迅速進(jìn)行補(bǔ)充加載，即補(bǔ)充能量，模擬了外部圍巖對(duì)煤巖體的進(jìn)一步擠壓做功；
本發(fā)明較好的模擬了沖擊地壓的發(fā)生條件，且三軸加載條件尤其適用于模擬回采巷道中發(fā)生的重力型沖擊地壓。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
附圖1為本發(fā)明在安裝反力板和反力鋼絞線之前的主體結(jié)構(gòu)俯視示意圖；
附圖2為本發(fā)明所述柔性加載單元主體結(jié)構(gòu)正視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0010]結(jié)合附圖1和2，一種沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括柔性加載單元、圍壓加載單元和沖擊加載單元。
[0011]所述的柔性加載單元，包括底座1、加載油缸2、伺服油源、加載墊板3、反力板4、反力鋼絞線5 ;加載油缸2 —端支撐在底座I上,另一端對(duì)試件6施加軸向荷載；反力板4左右兩側(cè)分別設(shè)有用于連接反力鋼絞線5的通孔；反力鋼絞線5有多條，其中任意一條一端固定在底座上，另一端固定在反力板上，用于對(duì)反力板施加反力，并且在反力板4受到?jīng)_擊時(shí)不會(huì)產(chǎn)生支撐效應(yīng)，當(dāng)試件6破壞時(shí)，在彈性作用下瞬間收縮，對(duì)試件快速的補(bǔ)充加載；所述的試件6為立方體形，具有中間具有水平的貫穿孔洞或者半截孔洞，試件表面涂有潤(rùn)滑劑，以減小其變形過(guò)程中受到的摩擦力。
[0012]所述的圍壓加載單元，包括加載框架7、加載墊板8、加載油缸9、伺服油源，加載油缸9固定在加載框架7的四個(gè)內(nèi)側(cè)面上，在伺服油源的驅(qū)動(dòng)下對(duì)試件6施加壓力。
[0013]所述的沖擊加載系統(tǒng),用于給巖樣試件施加豎直向的沖擊荷載,包括沖擊重塊、吊臂、提升裝置和導(dǎo)向裝置，沖擊重塊的重量和高度均可調(diào)節(jié)，提升裝置固定在吊臂上用于提升沖擊重塊，導(dǎo)向裝置表面標(biāo)有刻度，用于測(cè)量沖擊重塊的高度，并且可以防止沖擊重塊下落時(shí)發(fā)生偏斜。
[0014]本發(fā)明還可以包括測(cè)控系統(tǒng)，所述的測(cè)控系統(tǒng)用于測(cè)量和控制加載油缸施加的荷載和發(fā)生的位移，包括荷載和位移測(cè)量單元、伺服控制單元；所述荷載和位移測(cè)量單元包括設(shè)置于三個(gè)方向加載機(jī)構(gòu)上的應(yīng)力傳感器和LVDT變位計(jì)，用于測(cè)量試件不同邊界的荷載和位移，并將測(cè)量結(jié)果傳送到伺服控制系統(tǒng)單元；所述伺服控制系統(tǒng)單元包括3個(gè)獨(dú)立的數(shù)控單元，根據(jù)所述荷載和位移測(cè)控單元測(cè)量結(jié)果分別控制三個(gè)方向的荷載和位移。
[0015]以上所述實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體的實(shí)施方式的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括柔性加載單元、圍壓加載單元和沖擊加載單元； 所述的柔性加載單元，包括底座、加載油缸、伺服油源、加載墊板、反力板、反力鋼絞線；加載油缸一端支撐在底座上，另一端對(duì)試件施加軸向荷載；反力板左右兩側(cè)分別設(shè)有通孔；反力鋼絞線有多條，其中任意一條一端固定在底座上，另一端固定在反力板上； 所述的圍壓加載單兀，包括加載框架、加載墊板、加載油缸、伺服油源，加載油缸固定在加載框架的四個(gè)內(nèi)側(cè)面上； 所述的沖擊加載單元，用于給巖樣試件施加豎直向的沖擊荷載，包括沖擊重塊、吊臂、提升裝置和導(dǎo)向裝置，沖擊重塊的重量和高度均可調(diào)節(jié)，提升裝置固定在吊臂上用于提升沖擊重塊，導(dǎo)向裝置表面標(biāo)有刻度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述的試件為立方體形，中間具有水平的貫穿孔洞或者半截孔洞，試件表面涂有潤(rùn)滑劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于包括測(cè)控系統(tǒng)，所述的測(cè)控系統(tǒng)包括荷載和位移測(cè)量單元、伺服控制單元，所述荷載和位移測(cè)量單元包括設(shè)置于三個(gè)方向加載機(jī)構(gòu)上的應(yīng)力傳感器和LVDT變位計(jì)，所述伺服控制系統(tǒng)單元包括3個(gè)獨(dú)立的數(shù)控單元。
【文檔編號(hào)】G01N3/30GK103471914SQ201310425462
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】蔣宇靜, 吳學(xué)震, 王剛, 劉傳正 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)