[發(fā)明專利]一種巖石沖擊加載-卸圍壓力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811579899.1
• 申請(qǐng)日: 2018-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN109490085B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉學(xué)生;宋世琳;譚云亮;范德源;寧建國;顧清恒;江寧;王俊;徐強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12;G01N3/307
• 代理公司: 濟(jì)南金迪知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發(fā)明公開了一種巖石沖擊加載卸圍壓力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法，該系統(tǒng)包括：承載框架單元，包括底座、立柱和橫梁，所述立柱豎直設(shè)置在所述底座的上表面兩側(cè)，所述橫梁水平固定在所述立柱的上部；軸壓加載單元，固定在所述底座的上表面中間位置處，且用于對(duì)試件施加自下而上的軸向壓力；沖擊加載單元，固定在所述橫梁上，且用于對(duì)試件施加自上而下的軸向沖擊載荷；圍壓加載單元，設(shè)置在所述軸壓加載單元和沖擊加載單元之間，所述圍壓加載單元用于對(duì)試件施加水平面內(nèi)的圍壓；還包括圍壓卸載單元、加載控制單元、監(jiān)測(cè)單元和數(shù)據(jù)分析單元。本發(fā)明提供了更加準(zhǔn)確的試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持，且圍壓卸載壓力可以連續(xù)調(diào)節(jié)，卸載過程自動(dòng)控制，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巷道圍巖支護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種巖石沖擊加載-卸圍壓力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)

沖擊地壓現(xiàn)象是礦山壓力顯現(xiàn)的一種特殊形式，可描述為：礦山采動(dòng)(采掘工作面)誘發(fā)高強(qiáng)度的煤(巖)變形能瞬時(shí)釋放，在相應(yīng)采動(dòng)空間引起強(qiáng)烈圍巖震動(dòng)和擠出的現(xiàn)象，是煤礦生產(chǎn)過程中最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，發(fā)生前一般沒有明顯的宏觀預(yù)兆，以突然、急劇、猛烈的形式將煤巖體拋出，造成設(shè)備損壞、片幫冒頂、巷道堵塞和人員傷亡等，嚴(yán)重影響煤礦安全高效生產(chǎn)。目前，隨著我國煤礦開采深度的不斷增加，開采強(qiáng)度不斷加大，沖擊地壓災(zāi)害事故頻繁發(fā)生，給煤礦安全生產(chǎn)和廣大井下作業(yè)人員的生命安全帶來了極大的威脅。研究沖擊地壓破壞特征及機(jī)理，不僅要通過理論分析、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，還要通過模擬實(shí)驗(yàn)來探索。

目前，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究沖擊地壓時(shí)，一般采用兩種實(shí)驗(yàn)方法，一種是試驗(yàn)過程中使試件一直受到來自各個(gè)方向的圍壓，直接對(duì)試件進(jìn)行沖擊加載，不考慮圍壓的卸載，得到試件的應(yīng)力應(yīng)變情況。現(xiàn)有技術(shù)中有一種三向剛性加載沖擊地壓真三軸模擬試驗(yàn)裝置(專利號(hào)為CN201410655304.1)，該裝置通過在壓力腔的內(nèi)周圍設(shè)柔性圍壓加載外套，解決試件在三個(gè)方向上變形的互相影響，又避免支撐效應(yīng)的影響，較逼真的模擬了沖擊地壓。采用該裝置研究沖擊地壓時(shí)，試件一直處于三軸壓力下，能很好地揭示沖擊地壓來臨且巷道支護(hù)未失效時(shí)，圍巖的應(yīng)力應(yīng)變情況，但是無法用來研究沖擊地壓發(fā)生導(dǎo)致巷道支護(hù)失效時(shí)，圍巖應(yīng)力應(yīng)變的變化情況和變形破壞的特征。

另一種試驗(yàn)方法是先對(duì)試件進(jìn)行加載，到達(dá)一定數(shù)值后，使試件單面臨空實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向圍壓卸載，觀察試件的變形破壞特征。現(xiàn)有技術(shù)中有一種模擬剪切型巖爆的真三軸試驗(yàn)方法(專利號(hào)為CN201611073980.3)，該方法采用單面臨空、五面受力的真三軸加載路徑與邊界條件，在實(shí)驗(yàn)室再現(xiàn)剪切型巖爆的孕育與發(fā)生全過程。然而，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，沖擊地壓發(fā)生時(shí)，巷道往往會(huì)處于支護(hù)狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)單面不受力的情況。該方法缺乏對(duì)巷道支護(hù)情況的模擬，且不能施加動(dòng)載，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不符。

沖擊地壓發(fā)生時(shí)，巨大的沖擊力使得巷道支護(hù)手段瞬間失效，圍巖受到?jīng)_擊而發(fā)生突然破壞，其實(shí)質(zhì)上是煤巖石在沖擊載荷作用下突然卸掉一個(gè)方向圍壓時(shí)的力學(xué)響應(yīng)。然而，目前尚沒有研究巖石在沖擊加載-卸圍壓條件下力學(xué)特性的試驗(yàn)裝置及方法，現(xiàn)有試驗(yàn)裝置和方法需要進(jìn)一步突破。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的技術(shù)問題，從而提供一種操作簡(jiǎn)單、試驗(yàn)準(zhǔn)確性高的巖石沖擊加載-卸圍壓力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)及其使用方法。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

本發(fā)明提供的巖石沖擊加載-卸圍壓力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)，其包括：

承載框架單元，包括底座、立柱和橫梁，所述立柱豎直設(shè)置在所述底座的上表面兩側(cè)，所述橫梁水平固定在所述立柱的上部；

軸壓加載單元，固定在所述底座的上表面中間位置處，且用于對(duì)試件施加自下而上的軸向壓力；

沖擊加載單元，固定在所述橫梁上，且用于對(duì)試件施加自上而下的軸向沖擊載荷；

圍壓加載單元，設(shè)置在所述軸壓加載單元和沖擊加載單元之間，所述圍壓加載單元用于對(duì)試件施加水平面內(nèi)的圍壓；