[發明專利]一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗裝置及方法

有效

• 申請號: 202010119189.1
• 申請日: 2020-02-26
• 公開（公告）號: CN111398073B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 李慶文;楊浩;董芳紅;曹行;黃筱
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/08;G01B7/16
• 代理公司: 北京中睿智恒知識產權代理事務所(普通合伙) 16025
• 代理人: 黃莉

本發明提供一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗裝置及方法，涉及地下工程及采礦工程加固技術領域。本發明步驟如下：步驟1：制作煤樣試件；步驟2：根據CFRP將煤樣試件進行加固，在CFRP加固煤柱試件上設有W個應變片，應變片連接動態電阻應變儀；步驟3：將設有應變片的煤樣試件放在實驗平臺上，對煤樣試件的下表面均勻向上施加荷載，直至荷載加載至σsubgt;1/subgt;；步驟4：將施力物體提升至高度h，放開施力物體，使其自由下落產生的沖擊能量能夠傳遞給設有應變片的煤樣試件的上表面；步驟5：獲得煤樣沖擊擾動圖表。該方法操作簡單且可模擬開采擾動影響下煤礦巷道中預留煤柱的損傷概況，對開采擾動作用下煤礦巷道的安全評價具有重要意義。

技術領域

本發明涉及地下工程及采礦工程加固技術領域，尤其涉及一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗裝置及方法。

背景技術

煤炭資源開采過程中，不可避免的存在機組割煤、頂底板破裂、爆破等動載擾動，煤巖所處應力狀態逐漸惡化，由強動載作用誘發的沖擊礦壓、礦震等動力災害愈加頻繁。采動影響下煤巖體裂隙結構演化是決定開采效率、保證煤礦安全生產的關鍵。煤屬于脆性材料，在開采擾動下極易發生破壞，導致巷道煤柱發生難以控制的大變形破壞失穩。

目前國內外學者對沖擊荷載下巖石的損傷擴展方面做了大量研究，并取得了一些重要成果，而考慮沖擊荷載作用下深部煤礦巷道中預留煤柱的力學性能方面的研究相對較少，現有技術采用分離式霍普金森壓桿方法對沖擊荷載作用下煤樣力學性能進行研究，該方法對試驗設備要求較高，操作繁瑣，無法模擬不同埋深下煤樣地應力狀態，且無法對大型煤樣進行試驗研究，本發明能夠較好的克服以上缺點，能夠準確可靠的模擬沖擊荷載作用下深部煤礦巷道中預留煤柱力學性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗裝置及方法，本方法操作簡單且可模擬開采擾動影響下煤礦巷道中預留煤柱的損傷概況，對開采擾動作用下煤礦巷道的安全評價具有重要意義。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一方面，本發明提供一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗裝置，包括支撐裝置、滑輪a、滑輪b、牽引線、施力物體、可移動鋼梁、碗形底座、支護鋼板、荷載傳感器、液壓鋼板、電機、自動卷揚機；

所述支撐裝置包括鋼柱a、鋼柱b、固定橫梁；

所述可移動鋼梁和液壓鋼板分別與鋼柱a、鋼柱b活動連接，碗形底座置于可移動鋼梁上，滑輪a、滑輪b固定于固定橫梁上，牽引線的一端通過滑輪a、滑輪b與自動卷揚機相連接，另一端與施力物體相連接，使施力物體懸掛于碗形底座正上方，支護鋼板置于可移動鋼梁下方，電機與液壓鋼板相連接，荷載傳感器置于液壓鋼板上方。

另一方面，本發明提供一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗方法，通過所述的一種模擬CFRP加固煤樣沖擊擾動試驗裝置實現，包括如下步驟：

步驟1：在深部礦井現場采集煤樣，將煤樣加工成直徑50mm、高100mm的圓柱形試件；

步驟2：根據CFRP將煤樣試件進行加固，在CFRP加固煤柱試件上設有W個應變片，應變片連接動態電阻應變儀；

步驟3：將步驟2中設有應變片的煤樣試件放在實驗平臺上，即放在支護鋼板和荷載傳感之間，對煤樣試件的下表面均勻向上施加荷載，直至荷載加載至σ₁；

步驟4：荷載加載至σ₁穩定后，將施力物體提升至高度h，放開施力物體，使其自由下落產生的沖擊能量能夠傳遞給設有應變片的煤樣試件的上表面，所述沖擊能量需要均勻傳遞給煤樣試件的上表面，循環沖擊直至試件破壞；

步驟5：動態電阻應變儀將數據輸出至計算機端，得到煤樣沖擊擾動圖表。