[發明專利]研究類CFRP約束熱損傷煤樣蠕變-沖擊耦合試驗系統及方法

有效

• 申請號: 202010777349.1
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111896399B
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 李慶文;黃筱;董芳紅;楊浩;曹行
• 申請（專利權）人: 遼寧工業大學
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36;G01N1/28
• 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

本發明公開一種研究類CFRP約束熱損傷煤樣蠕變?沖擊耦合試驗系統及方法，屬于地下工程及采礦工程技術領域。本發明的方法包括：制作煤樣試件，對煤樣進行分組并對煤樣加熱處理，對煤樣粘貼CFRP和應變片，單軸抗壓試驗；采用蠕變?沖擊耦合試驗系統對煤樣進行蠕變沖擊試驗，最后對試驗數據分析，根據不同加固層數對試件強度提升的增量得到最優抵抗蠕變?沖擊擾動的CFRP包裹層數，并分析熱損傷對煤樣抵抗蠕變?沖擊擾動的力學性能的影響。本發明可為煤炭地下氣化、煤炭地下液化及煤層氣的原位注熱開采、優化巷道圍巖支護方案設計，探究沖擊載荷作用下深部煤巖體時效破裂特征提供參考。

技術領域

本發明涉及地下工程及采礦工程技術領域，尤其涉及一種研究類CFRP約束熱損傷煤樣蠕變-沖擊耦合試驗系統及方法。

背景技術

隨著我國煤礦開采深度越來越深，煤礦深部圍巖因易受到“三高一擾動”環境的影響，出現了水壓增大、地溫升高、煤與瓦斯突出、沖擊礦壓等現象。

溫度是影響煤塊物理力學參數的重要因素之一。與常溫相比，高溫條件下煤巖的力學參數如斷裂韌度、強度、彈性模量以及泊松比等都具有溫度效應。與溫度有關的采礦工程如煤炭地下氣化、煤炭地下液化及煤層氣的原位注熱開采等，其共同特點是地下煤都處于三向應力和高溫環境。像在煤炭地下氣化中，氣化燃燒區作為熱源對周圍煤巖體產生熱作用，雖然巖體為熱的不良導體，但經過高溫長時間作用，煤層頂、底板在高溫作用下巖性都會發生變化。而CFRP因為具有耐高溫、高強度、高模量等特點，其在加固混凝土領域中被廣泛使用，故采用CFRP加固煤柱能有效增強煤柱的力學性能。

在深度煤層的開采過程中，煤巖容易受到爆破掘進、機械振動等沖擊影響，且煤巖在長期荷載作用下更容易出現蠕變變形。故在考慮到地下煤所處環境，地下煤柱會受到高溫、上下巖層帶來的地應力以及爆破掘進帶來的沖擊力，故需要一種能夠模擬煤柱受高溫、地應力和沖擊荷載的試驗方法。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種研究類CFRP約束熱損傷煤樣蠕變-沖擊耦合試驗系統及方法，可為煤炭地下氣化、煤炭地下液化及煤層氣的原位注熱開采方案設計提供參考。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：

一種蠕變-沖擊耦合試驗系統，包括：頂板、平衡錘、重錘、砝碼、砝碼盤、支撐鋼柱、液壓千斤頂、荷載傳感器、荷載采集器、底板、卷揚機、應變片、應變采集儀和計算機。

所述支撐鋼柱上帶有滑槽，平衡錘的三個端部上帶有滑塊，平衡錘上的滑塊與支撐鋼柱上的滑槽滑動連接。

所述重錘和卷揚機通過固定在頂板上的中心滑輪和鋼繩連接；所述砝碼盤和平衡錘通過固定在頂板上的三個小滑輪和大滑輪用鋼繩連接，通過在砝碼盤上增減砝碼的數量控制平衡錘對試件施加壓力；

所述三個小滑輪成正三角形分布在中心滑輪四周，與平衡錘的三個端部相對應，大滑輪固定在頂板上與砝碼盤對應的位置；大滑輪與卷揚機在中心滑輪的異側，中心滑輪、三個小滑輪中的一個小滑輪和大滑輪按順序排布在一條直線的位置上；為避免線間交叉，卷揚機與中心滑輪連線不經過小滑輪。

所述應變采集儀控制應變片實時采集應變數據，并將數據傳輸給計算機；所述計算機通過分析應變數據給卷揚機發送控制指令，由卷揚機帶動重錘給平衡錘施加沖擊擾動。

所述平衡錘中部為半球形凹槽，便于試件受到均勻的沖擊。

所述荷載傳感器設置在液壓千斤頂上部，在荷載傳感器上放置待檢測試件；所述荷載采集器控制荷載傳感器采集試件所受的荷載，并將荷載數據傳輸給計算機，用于模擬不同階段的工況。

另一方面，本發明還提供一種采用蠕變-沖擊耦合試驗系統研究類CFRP約束熱損傷煤樣力學性能的方法，包括如下步驟：

步驟1：采集并制作不同熱損傷下的煤樣，對不同熱損傷下的煤樣進行不同程度的加固處理，其過程如下：