一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，包括盒體、撞擊錘、煤巖試樣和應(yīng)變片，盒體的一端敞開，另一端封閉，撞擊錘的頭部由盒體敞開端伸進(jìn)盒體內(nèi)，撞擊錘的柄部與沖擊機(jī)構(gòu)相連，盒體封閉端設(shè)置煤巖試樣和應(yīng)變片，在盒體側(cè)面設(shè)置進(jìn)水口和出水口。本發(fā)明基于現(xiàn)場復(fù)雜條件簡化實(shí)驗(yàn)過程，構(gòu)建室內(nèi)爆破模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)深入研究煤巖孔內(nèi)充水承壓固液耦合爆破機(jī)理，挖掘煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破技術(shù)特點(diǎn)，為確定合理爆破參數(shù)和新型爆破技術(shù)的推廣提供依據(jù)。
【專利說明】
一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，可以實(shí)現(xiàn)煤巖孔內(nèi)充水承壓固液耦合爆破作用機(jī)理的物理模擬研究。
【背景技術(shù)】
[0002]堅(jiān)硬煤巖的預(yù)裂控制、頂煤的預(yù)裂與回收、深部高應(yīng)力的卸壓轉(zhuǎn)移及動(dòng)載防治等，均是我國現(xiàn)代化礦井安全高效開采中經(jīng)常面臨的重要問題。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，巖石爆破技術(shù)在水利、水電、礦山、交通等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，但是該技術(shù)在煤礦復(fù)雜環(huán)境中的推廣應(yīng)用卻受到一定限制，尤其對(duì)于煤層深孔條件下的鉆孔成型與裝藥封孔等工序均存在較大困難，而水壓爆破基于水的不可壓縮性及其慣性效應(yīng)，其爆破效果要高于孔內(nèi)普通裝藥爆破條件，但是由于傳統(tǒng)水壓爆破工藝繁雜，鉆孔注水封孔工序及設(shè)備配備的受限，該技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中也沒有得到充分認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。因此，煤礦生產(chǎn)中亟需改進(jìn)傳統(tǒng)爆破技術(shù)，以達(dá)到低耗、高效能的煤巖爆破防治效果。
[0003]圍巖孔內(nèi)充水承壓爆破是在總結(jié)普通裝藥爆破和水壓爆破技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出的一項(xiàng)煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破新技術(shù)，主要基于水的高密度、不可壓縮性、高效均勻傳載特性以及孔壁破損圍巖浸潤層孔裂隙高壓水的“水楔”增裂原理。其特點(diǎn)在于將原鉆孔內(nèi)的空氣介質(zhì)或靜水介質(zhì)代以承壓水介質(zhì)，提高孔內(nèi)傳爆介質(zhì)的波阻抗，減少爆破能量損失，加強(qiáng)孔內(nèi)爆炸沖擊波的破巖導(dǎo)向，并充分發(fā)揮孔壁圍巖浸潤層內(nèi)承壓孔裂隙水的“水楔”增裂和均勻傳載作用，增加圍巖破裂范圍，降低煤巖單位體積炸藥量，較好地實(shí)現(xiàn)爆炸超動(dòng)載作用下的靜態(tài)破巖效果，簡化深孔裝藥工序，并通過承壓水的冷卻與隔離，有效過濾和抑制高溫、火花、有害氣體及飛石等有害產(chǎn)物的產(chǎn)生，改善爆破作業(yè)環(huán)境，保障礦井安全高效生產(chǎn)。
[0004]在此基礎(chǔ)上，為深入研究煤巖孔內(nèi)充水承壓固液耦合爆破作用機(jī)理，需在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破過程，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)充水承壓爆破過程的物理模擬分析，為確定合理的爆破參數(shù)和新型爆破技術(shù)的推廣提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明目的是提供一種用于模擬分析煤巖孔內(nèi)充水承壓固液耦合爆破過程的模擬裝置。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，包括盒體、撞擊錘、煤巖試樣和應(yīng)變片，盒體的一端敞開，另一端封閉，撞擊錘的頭部由盒體敞開端伸進(jìn)盒體內(nèi)，撞擊錘的柄部與沖擊機(jī)構(gòu)相連，盒體封閉端設(shè)置煤巖試樣，煤巖試樣上貼有應(yīng)變片，在盒體側(cè)面設(shè)置進(jìn)水口和出水口。
[0007]進(jìn)一步的，還包括水層厚度調(diào)節(jié)件，水層厚度調(diào)節(jié)件設(shè)置環(huán)形槽，盒體的敞開端伸入水層厚度調(diào)節(jié)件的環(huán)形槽內(nèi)，并使環(huán)形槽的內(nèi)側(cè)壁抵住撞擊錘的頭部，環(huán)形槽的外側(cè)壁間隔設(shè)置多排調(diào)節(jié)孔，盒體的敞開端與調(diào)節(jié)孔相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置一排螺栓孔。
[0008]進(jìn)一步的，所述沖擊機(jī)構(gòu)采用霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的入射桿與撞擊錘的柄部固定，并且入射桿軸線與撞擊錘軸線重合。
[0009 ]進(jìn)一步的，所述進(jìn)水口設(shè)置進(jìn)水口單向閥，進(jìn)水口單向閥連接伺服水栗，所述出水口設(shè)置出水口截止閥。
[0010]進(jìn)一步的，所述盒體側(cè)面設(shè)置引線孔，引線孔設(shè)置密封扣，所述應(yīng)變片引線通過引線孔與超高速動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述撞擊錘的頭部外緣設(shè)置密封圈。
[0012]進(jìn)一步的，所述盒體內(nèi)側(cè)貼有應(yīng)變片。
[0013]有益效果:本發(fā)明基于現(xiàn)場復(fù)雜條件簡化實(shí)驗(yàn)過程，構(gòu)建室內(nèi)爆破模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)深入研究煤巖孔內(nèi)充水承壓固液耦合爆破機(jī)理，挖掘煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破技術(shù)特點(diǎn)，為確定合理爆破參數(shù)和新型爆破技術(shù)的推廣提供依據(jù)。
【附圖說明】
[0014]圖1是煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置的裝配圖；
[0015]圖2是爆破模擬裝置盒體的主視圖；
[0016]圖3是爆破模擬裝置盒體的側(cè)視圖；
[0017]圖4是爆破模擬裝置撞擊錘的主視圖；
[0018]圖5是爆破模擬裝置撞擊錘的側(cè)視圖；
[0019]圖6是水層厚度調(diào)節(jié)件的主視圖；
[0020]圖7是水層厚度調(diào)節(jié)件的側(cè)視圖。
[0021 ]圖中:1-盒體，2-水層厚度調(diào)節(jié)件，3-調(diào)節(jié)孔，4-撞擊錘，5-螺栓孔，6_進(jìn)水口，7_出水口，8-螺母，9-密封圈，I O-入射桿，11-引線孔，12-密封扣，13-煤巖試樣，14-承壓水，15-應(yīng)變片，16-進(jìn)水口單向閥，17-出水口截止閥，18-環(huán)形槽。
【具體實(shí)施方式】
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[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。
[0023]如圖1至7所示，本發(fā)明的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，包括盒體1、撞擊錘4、煤巖試樣13、應(yīng)變片15和水層厚度調(diào)節(jié)件2。
[0024]盒體I是由厚壁無縫鋼管與底座焊接而成，盒體I的一端敞開，另一端封閉。
[0025]撞擊錘4的頭部由盒體I敞開端伸進(jìn)盒體I內(nèi)，并且在所述撞擊錘4的頭部外緣設(shè)置密封圈9。撞擊錘4的柄部與沖擊機(jī)構(gòu)相連，所述沖擊機(jī)構(gòu)采用霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的入射桿10與撞擊錘4的柄部固定，并且入射桿10軸線與撞擊錘4軸線重合。
[0026]在盒體I封閉端設(shè)置煤巖試樣13，煤巖試樣13上和盒體I內(nèi)側(cè)貼有應(yīng)變片15，在盒體I側(cè)面設(shè)置進(jìn)水口 6、出水口 7和引線孔11。所述進(jìn)水口 6設(shè)置進(jìn)水口單向閥16，進(jìn)水口單向閥16連接伺服水栗，所述出水口 7設(shè)置出水口截止閥17，所述應(yīng)變片15引線通過引線孔11與超高速動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀連接。
[0027]水層厚度調(diào)節(jié)件2設(shè)置環(huán)形槽18，盒體I的敞開端伸入水層厚度調(diào)節(jié)件2的環(huán)形槽18內(nèi)，并使環(huán)形槽18的內(nèi)側(cè)壁抵住撞擊錘4的頭部，環(huán)形槽18的外側(cè)壁間隔設(shè)置多排調(diào)節(jié)孔3，盒體I的敞開端與調(diào)節(jié)孔3相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置一排螺栓孔5。
[0028]本發(fā)明模擬裝置具體實(shí)施步驟如下:
[0029]1)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，實(shí)驗(yàn)裝置撞擊錘4軸線與霍普金森壓桿系統(tǒng)的入射桿10軸線保持在同一水平直線上，在撞擊錘4頭部外緣的環(huán)形凹槽內(nèi)安裝密封圈9，測試其雙向運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)盒體內(nèi)承壓水的密封性；
[0030]2)、測試完成后取出撞擊錘4，在盒體底部放置貼好應(yīng)變片15的煤巖體試樣13，并在盒體內(nèi)煤巖相似材料貼片上補(bǔ)貼應(yīng)變片15測量承壓水中波的傳播傳載特性，然后重新安裝撞擊錘4，并在盒體I和水層厚度調(diào)節(jié)件2上選取對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)孔3和螺紋孔5，采用螺母8固定水層厚度調(diào)節(jié)件2 ；
[0031]3)、打開進(jìn)水口單向閥16和出口水截止閥17，設(shè)定伺服水栗的工作壓力，開始低流量供水，當(dāng)出水口 7出水且流量穩(wěn)定后關(guān)閉出水口截止閥17，此時(shí)盒體I內(nèi)持續(xù)注入承壓水14直至預(yù)設(shè)壓力；
[0032]4)、將應(yīng)變片引線連接至超動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)，待盒體I內(nèi)承壓水14處于穩(wěn)壓狀態(tài)后，開啟霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，盒體內(nèi)的撞擊錘4瞬間獲取入射桿10上的沖擊壓力，模擬爆破應(yīng)力波作用于盒體I內(nèi)的承壓水14和煤巖體試樣13，超高速動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀同步采集數(shù)據(jù)信息；
[0033]5)、待煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬實(shí)驗(yàn)完成后，打開盒體I出水口側(cè)的截止閥17釋放盒體內(nèi)的承壓水14，拆卸水層厚度調(diào)節(jié)件2和撞擊錘4，記錄觀測煤巖體試樣13破壞形態(tài)；
[0034]6)、重復(fù)上述步驟進(jìn)行不同煤巖試樣13的充水承壓爆破模擬實(shí)驗(yàn)。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:包括盒體(I)、撞擊錘(4)、煤巖試樣(13)和應(yīng)變片(15)，盒體(I)的一端敞開，另一端封閉，撞擊錘(4)的頭部由盒體(I)敞開端伸進(jìn)盒體(I)內(nèi)，撞擊錘(4)的柄部與沖擊機(jī)構(gòu)相連，盒體(I)封閉端設(shè)置煤巖試樣(13)，煤巖試樣(13)上貼有應(yīng)變片(15)，在盒體(I)側(cè)面設(shè)置進(jìn)水口(6)和出水口(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:還包括水層厚度調(diào)節(jié)件(2)，水層厚度調(diào)節(jié)件(2)設(shè)置環(huán)形槽(18)，盒體(I)的敞開端伸入水層厚度調(diào)節(jié)件(2)的環(huán)形槽(18)內(nèi)，并使環(huán)形槽(18)的內(nèi)側(cè)壁抵住撞擊錘(4)的頭部，環(huán)形槽(18)的外側(cè)壁間隔設(shè)置多排調(diào)節(jié)孔(3)，盒體(I)的敞開端與調(diào)節(jié)孔(3)相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置一排螺栓孔(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:所述沖擊機(jī)構(gòu)采用霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，將霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的入射桿(10)與撞擊錘(2)的柄部固定，并且入射桿(10)軸線與撞擊錘(4)軸線重合。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:所述進(jìn)水口(6)設(shè)置進(jìn)水口單向閥(I6)，進(jìn)水口單向閥(I6)連接伺服水栗，所述出水口(7)設(shè)置出水口截止閥(17)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:所述盒體(I)側(cè)面設(shè)置引線孔(U)，引線孔(11)設(shè)置密封扣(12)，所述應(yīng)變片(15)引線通過引線孔(II)與超高速動(dòng)態(tài)信號(hào)采集儀連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:所述撞擊錘(2)的頭部外緣設(shè)置密封圈(9)。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖孔內(nèi)充水承壓爆破模擬裝置，其特征在于:所述盒體(I)內(nèi)側(cè)貼有應(yīng)變片(15)。
【文檔編號(hào)】G01M99/00GK106092626SQ201610389432
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日 公開號(hào)201610389432.5, CN 106092626 A, CN 106092626A, CN 201610389432, CN-A-106092626, CN106092626 A, CN106092626A, CN201610389432, CN201610389432.5
【發(fā)明人】楊敬軒, 劉長友, 陳寶寶
【申請(qǐng)人】中國礦業(yè)大學(xué)