[發(fā)明專(zhuān)利]測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610263679.2
• 申請(qǐng)日: 2016-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105738208B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱萬(wàn)成;于慶磊;徐曾和;楊天鴻;劉洪磊;李帥;牛雷雷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01N3/08;G01L1/00;G01B7/16
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

一種測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置及方法，屬于金屬礦開(kāi)采和礦山巖體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，裝置包括圓筒狀薄壁、上環(huán)形浮動(dòng)板、下環(huán)形浮動(dòng)板、約束環(huán)、環(huán)形底座、環(huán)形頂板、上柱塞和下柱塞；約束環(huán)內(nèi)壁設(shè)有凸臺(tái)與圓筒狀薄壁的外表面相配合；圓筒狀薄壁外表面粘貼有應(yīng)變片；方法為：（1）將巖石試樣放置在上柱塞和下柱塞之間；（2）放置碎石散體；（3）鎖緊約束環(huán)；（4）對(duì)碎石散體預(yù)加載荷；（5）將傳感器調(diào)零；（6）對(duì)上柱塞加壓至巖石試件碎裂；圓筒狀薄壁變形。本發(fā)明對(duì)于評(píng)價(jià)干式充填效果、指導(dǎo)礦山充填體強(qiáng)度設(shè)計(jì)、精細(xì)控制采場(chǎng)圍巖的冒落過(guò)程有著重要的理論意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬礦開(kāi)采和礦山巖體力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到一種測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置及方法。。

背景技術(shù)

在金屬礦開(kāi)采過(guò)程中，都涉及到崩落礦巖散體和圍巖的相互作用問(wèn)題。例如干式充填采礦中充填散體與圍巖相互作用、崩落法采礦中通過(guò)采場(chǎng)崩落礦石的放出控制圍巖冒落、淺孔留礦法大放礦時(shí)上下盤(pán)圍巖片幫冒落造成的礦石貧化等都是散體支撐圍巖或散體流出卸荷作用下圍巖穩(wěn)定性問(wèn)題。礦巖散體或充填散體對(duì)圍巖的這種作用，與地應(yīng)力形成的圍壓作用不同。圍壓作用是一種主動(dòng)施加到圍巖上的載荷，而礦巖散體或充填散體的支撐作用是一種被動(dòng)荷載，其產(chǎn)生是由于圍巖發(fā)生變形擠壓礦巖散體，礦巖散體由于變形壓密而對(duì)圍巖產(chǎn)生的反作用力。因此，這是一種相互作用過(guò)程，巖體變形破裂的擴(kuò)容程度由散體密實(shí)度決定，如果巖體的變形以及破裂擴(kuò)容受到礦巖散體或充填散體抑制，則會(huì)阻礙圍巖進(jìn)一步的破裂，換句話說(shuō)即巖體強(qiáng)度受其擴(kuò)容空間的限制；而礦巖散體或充填散體對(duì)圍巖的反作用力又受散體顆粒尺寸、內(nèi)摩擦角、內(nèi)聚力和密實(shí)程度的影響。系統(tǒng)研究巖石在礦巖散體的被動(dòng)側(cè)限約束下力學(xué)特性對(duì)于評(píng)價(jià)干式充填效果、精細(xì)控制采場(chǎng)圍巖的冒落有著重要的理論意義。

目前很少有人在試驗(yàn)中考慮這種礦巖散體或充填散體和圍巖的相互作用。以往的研究主要側(cè)重于礦巖散體或充填散體的力學(xué)性質(zhì)。國(guó)外學(xué)者G. Mandl（1977）、J.F. Carr（1968）、A. Kudrolli(1997)、J. SMID（2006）研究不同的實(shí)驗(yàn)裝置研究散體的剪切特性和流動(dòng)性。M. Fall（2007）通過(guò)單軸和三軸壓縮試驗(yàn)研究水、尾礦廢料、水泥等散體材料制成的充填體力學(xué)性質(zhì)。宋衛(wèi)東（2016）設(shè)計(jì)一種鋼制方形模具，將處理好的巖柱試件置于方形側(cè)限鋼板模具中間位置，將配好的充填料漿充入鋼板模具中，進(jìn)行充填體對(duì)巖柱的側(cè)限壓縮實(shí)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)吳愛(ài)祥（1991）研制了一種研究散體動(dòng)特性的動(dòng)態(tài)直剪儀,并裝配了先進(jìn)的測(cè)試系統(tǒng),研究振動(dòng)場(chǎng)中松散礦石的動(dòng)態(tài)特性；林國(guó)祥（2009）設(shè)計(jì)了一種新型的散體物料的剪切試驗(yàn)裝置，該裝置通過(guò)對(duì)物料直接施壓后進(jìn)行雙面剪切以測(cè)定材料的剪切力學(xué)性能；或者把排土場(chǎng)散體物料看成類(lèi)似土體的材料，利用土力學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法研究排土場(chǎng)散體物料的剪切力學(xué)性能。

盡管人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到礦巖散體或充填散體與圍巖相互作用對(duì)安全采礦的重要性，但是相關(guān)的研究較少，主要是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中散體產(chǎn)生的反作用力受巖石破壞模式影響，具有局部性，難以全面測(cè)量評(píng)價(jià)這種相互作用。因此，在巖石與散體相互作用、巖石在被動(dòng)側(cè)限條件下的力學(xué)特性方面還鮮有文獻(xiàn)報(bào)道，更沒(méi)有相關(guān)的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種測(cè)試巖石試樣在碎石被動(dòng)約束下力學(xué)性能的裝置及方法，通過(guò)設(shè)置薄壁圓筒和約束環(huán)用于放置碎石散體，通過(guò)設(shè)置上下柱塞用于放置巖石，并設(shè)置傳感器；通過(guò)上下柱塞壓碎巖石，測(cè)量巖石破裂擴(kuò)容導(dǎo)致散體擠壓膨脹時(shí)的膨脹力，評(píng)價(jià)干式填充效果。