[發明專利]一種實驗室三維動態巖石破碎試驗系統及方法

有效

• 申請號: 202110059921.5
• 申請日: 2021-01-18
• 公開（公告）號: CN112881188B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 孫強;李清;楊德明;張宇菲;劉勇;李巖
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12;G01N3/02
• 代理公司: 北京市京大律師事務所 11321
• 代理人: 方曉明

本發明屬于實驗室機械破巖技術領域，具體為一種實驗室三維動態巖石破碎試驗系統及方法，包括主機、功能性裝置、電液伺服軸向加載系統、測量控制系統、計算機控制與數據處理系統等組成，其結構合理，該實驗系統實驗方法操作簡便，可用于模擬沖擊、機械掘進等多種動載荷在高應力條件下，天然巖石、人工混凝土、散粒狀壓密固結試件破碎的力學性能試驗研究；該實驗系統可實現常規力學實驗與動態圍壓條件下的破巖實驗，軸向(3000KN)靜壓作動器和軸向(25KN)伺服作動器加載互不影響；本實驗破巖方向為下方，破巖產生的巖屑將會自動掉落，減小對模擬破巖試驗中對受力和位移等的影響；獲得實時的動態的破裂定位與損傷參數。

技術領域

本發明涉及實驗室機械破巖技術領域，具體為一種實驗室三維動態巖石破碎試驗系統及方法。

背景技術

隨著國家經濟建設和國防安全的需要，深部地下資源的開采和地下空間的開發利用日益增多，能源地下儲存、高放核廢物的深地質處置、礦產、油氣的勘探與開采、土木、水利水電地下空間的利用，都在不斷走向深部，地下巖體的高地應力特征也越來越顯著，隨著圍壓升高，巖石的物理力學性質發生變化，傳統破巖方式能否有效地破碎高圍壓巖石是我們關心的問題。

早在上世紀六十年代巖石力學界的學者們對巖石破碎開展了深入的研究,取得了豐碩的成果。然而,受到實驗裝置的制約，都是在無圍壓的情況下對巖石采用動態加載方式的破巖室內實驗研究，而目前可以通過加圍壓來模擬高應力條件的幾乎沒有。如CN104749052 A，CN 104237484 A,CN 104297049 A和CN104198311A破巖都處于常壓的開放環境中，無法模擬高應力環境，故不能采用常規的破巖裝置來研究深層破巖問題。

目前的破巖實驗裝置僅能進行靜壓或者破巖中的一種，不能夠在靜壓測巖石力學性質的同時進行破巖實驗。由于深部巖石取樣困難，花費極大，若能夠將巖石力學性質測試和破巖實驗同時進行，將大大節約實驗資金投入和對巖樣的最大化利用。如專利CN107505207 A雖然能先靜壓后破巖，但靜壓和破巖所用同一個壓頭，且靜壓后需要對巖石取消靜壓力才能破巖，本裝置可以在保持一定靜壓力的情況下破巖石，能更好的保證在靜壓測巖石力學性質的同時進行破巖實驗。

目前實驗室破巖裝置破巖方向都是從上方破巖，現實工程中都能通過鉆井液將巖屑帶走，防止巖屑對破巖的影響，實驗室模擬破巖由于受到裝置的制約，例如在一些設有圍壓的破巖裝置中不能通過鉆井液將巖屑帶走，巖屑將會影響破巖的受力和效率，對模擬破巖產生干擾，本實驗破巖方向為下方，破巖產生的巖屑將會自動掉落，減小對模擬破巖的影響。

目前實驗室破巖裝置模擬動載類型大多都是單一的切削或者沖擊，本實驗系統可以模擬沖擊、全巖掘進切削、沖擊-切削等多種類型的動荷載，并且沖擊頻率范圍為1Hz～100Hz，能夠更好模擬高頻率下實際工程破巖實驗，本實驗室破巖裝置相對于其他破巖裝置控制精度更高，其中軸向位移≤±0.05mm；圍壓≤±1％；軸向載荷≤±0.5％。

為此，我們在此提出一種實驗室三維動態巖石破碎試驗系統及方法。

發明內容

本部分的目的在于概述本發明的實施方式的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施方式。在本部分以及本申請的說明書摘要和發明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發明的范圍。

本發明的目的是提供一種實驗室三維動態巖石破碎試驗系統及方法，該系統用于模擬沖擊、機械掘進等在高應力條件下，天然巖石、人工混凝土、散粒狀壓密固結試件破碎的力學性能試驗研究，該實驗系統實驗方法操作簡便。

為解決上述技術問題，根據本發明的一個方面，本發明提供了如下技術方案：

一種實驗室三維動態巖石破碎試驗系統及方法，其包括主機、功能性裝置、電液伺服軸向加載系統、測量控制系統、計算機控制與數據處理系統等組成；