專利名稱：煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)煤巖進(jìn)行雙面剪切試驗(yàn)的裝置。
背景技術(shù)：
隨著煤礦開采規(guī)模及強(qiáng)度的逐年加大，沖擊地壓、煤與瓦斯突出、頂板事故等煤巖動(dòng)力災(zāi)害日益嚴(yán)重。其中，沖擊地壓以其突然、急劇、猛烈的破壞特征嚴(yán)重威脅著礦山的安全生產(chǎn)，給我國煤礦造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。作為一種礦山動(dòng)力災(zāi)害現(xiàn)象，沖擊地壓通常是在煤巖力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)，聚積在煤巖體中的彈性能量突然釋放，造成煤巖體振動(dòng)和破壞，并將煤巖拋向井巷，造成支架、設(shè)備和井巷的破壞以及人員的傷亡等。隨著煤礦開采深度及強(qiáng)度的不斷增加，沖擊礦井和沖擊地壓危害程度呈明顯的上升趨勢。因此，深入開展沖擊地壓的研究，對(duì)于保證礦井安全高效生產(chǎn)意義重大。另外，隨著開采深度的增加，地質(zhì)條件的惡化，煤與瓦斯突出事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅著我國煤礦的安全生產(chǎn)。如何認(rèn)識(shí)煤與瓦斯突出機(jī)理及依此提出相應(yīng)的預(yù)測預(yù)防措施，提高我國煤礦生產(chǎn)的安全程度，也是擺在煤炭行業(yè)科研工作者面前的一個(gè)亟待解決的科學(xué)難題。沖擊地壓、煤與瓦斯突出、頂板事故等煤巖動(dòng)力災(zāi)害均與煤巖體雙面剪切破斷過程與破斷機(jī)理密切相關(guān)。因此，開展不同影響因素下煤巖體的雙面剪切力學(xué)特性研究，特別是從細(xì)觀尺度，對(duì)煤巖剪切破壞過程中裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展直至斷裂的動(dòng)態(tài)過程進(jìn)行研究，可為采場頂板破斷過程、沖擊地壓、煤與瓦斯突出等相關(guān)動(dòng)力現(xiàn)象給予更為科學(xué)的解釋，對(duì)更深層次地揭示沖擊地壓、煤與瓦斯突出機(jī)理及更科學(xué)合理地提出預(yù)測預(yù)防措施具有重要的理論價(jià)值和工程指導(dǎo)意義?，F(xiàn)有的研究設(shè)備主要局限于巖體結(jié)構(gòu)面滑移力學(xué)特性、混凝土強(qiáng)度、鋼構(gòu)件剪切特性的研究，且加載方式單一，如CN10194982B中公開了的剪切試驗(yàn)裝置。目前還缺乏一種行之有效的試驗(yàn)方法及專門設(shè)備來開展煤巖材料在雙面剪切載荷作用下受各種影響因素煤巖材料內(nèi)部和表面裂紋開裂擴(kuò)展演化規(guī)律方面的研究。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種能夠?qū)υ嚰M(jìn)行雙面剪切試驗(yàn)的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)υ嚰M(jìn)行雙面剪切試驗(yàn)的裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，包括本體；所述本體上設(shè)置有試件腔；所述試件腔內(nèi)設(shè)置有支座；所述本體的頂壁為分體式結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的左頂壁和右頂壁；所述左頂壁和右頂壁間隔設(shè)置，構(gòu)成壓頭安裝口 ；所述本體的前后兩端均為開口 ；所述支座正對(duì)所述壓頭安裝口處設(shè)置有凹槽；所述本體的左側(cè)壁設(shè)置有導(dǎo)向孔。為便于安裝試件，所述左頂壁和右頂壁的形狀均為首尾相接的矩形和梯形，且兩梯形的上底相對(duì)。
為提高試驗(yàn)精度，所述本體的后端下部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一定位螺栓和第二定位螺栓；所述本體的后端中部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第三定位螺栓和第四定位螺栓。為便于操作，所述本體的前端下部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一推拉柱和第二推拉柱。較佳的，所述第一推拉柱和第二推拉柱與所述本體螺紋連接。為提高試驗(yàn)效果，所述凹槽的寬度為40mm ;所述凹槽的底面與所述本體的底面距離為38mm ;所述支座的頂面與所述本體的底面距離為50mm ;所述導(dǎo)向孔的中心線與所述本體的底面距離為70mm。本發(fā)明的有益效果是:(I)本發(fā)明可用于流固耦合作用下煤巖及中軟巖石的雙面剪切力學(xué)試驗(yàn)，特別是為瓦斯壓力作用下煤巖剪切細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)提供了更為可靠的試驗(yàn)手段，為從細(xì)觀角度研究沖擊地壓、煤與瓦斯突出機(jī)理提供了新的試驗(yàn)方法。(2)本發(fā)明既可進(jìn)行限制性雙面剪切，也可進(jìn)行非限制性雙面剪切試驗(yàn)，既可進(jìn)行含瓦斯煤巖的雙面剪切細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)，也可進(jìn)行不含瓦斯煤巖或巖石的雙面剪切細(xì)觀力學(xué)試驗(yàn)，試件的安裝、調(diào)試及拆卸也更為方便。(3)本發(fā)明整體設(shè)計(jì)上具有結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，可靠性好，操作方便等特點(diǎn)。(4)本發(fā)明在滿足實(shí)驗(yàn)要求的前提下，對(duì)各部件的尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，既滿足了結(jié)構(gòu)上的簡單化，同時(shí)也提高了試驗(yàn)精度，并大大降低了加工成本。


圖1是本發(fā)明一具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明的試件安裝示意圖。圖5是本發(fā)明加載試驗(yàn)示意圖。圖6是圖5的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:如圖1至圖3所示，一種煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，包括本體1，本體I上設(shè)置有試件腔2。本體I的頂壁為分體式結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的左頂壁Ia和右頂壁lb，左頂壁Ia和右頂壁Ib間隔設(shè)置，構(gòu)成壓頭安裝口 3。左頂壁Ia和右頂壁Ib的形狀均為首尾相接的矩形和梯形，且兩梯形的上底相對(duì)。本體I的前后兩端均為開口。試件腔2內(nèi)設(shè)置有支座4，支座4正對(duì)壓頭安裝口 3處設(shè)置有凹槽5。本體I的左側(cè)壁設(shè)置有導(dǎo)向孔6。凹槽5的寬度LI為40mm ;凹槽5的底面與本體I的底面距離L2為38mm ;支座4的頂面與本體的底面距離L3為50mm ;導(dǎo)向孔6的中心線與本體的底面距離L4為 70mm。
本體I的后端下部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一定位螺栓7a和第二定位螺栓7b ;本體I的后端中部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第三定位螺栓7c和第四定位螺栓7d。本體I的前端下部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一推拉柱8a和第二推拉柱Sb。第一推拉柱8a和第二推拉柱8b與本體I螺紋連接。左頂壁Ia上前后對(duì)稱設(shè)置有貫通的第一緊定螺孔9a和第二緊定螺孔9b ;右頂壁Ib上設(shè)置有與第一緊定螺孔9a和第二緊定螺孔9b對(duì)稱的第三緊定螺孔9c和第四緊定螺孔9d。利用本發(fā)明可按以下步驟進(jìn)行試驗(yàn):(I)試件制備。(2)試件安裝:如圖4所示把試件14放在支座4上，試件的中間40mm長度正對(duì)凹槽5，左、右兩側(cè)各用試件定位壓板10夾持；在各緊定螺孔中擰入緊定螺栓11，在試件上對(duì)應(yīng)各緊定螺栓11的正下方放置限位墊板12，擰緊各緊定螺栓11 ;將垂向過渡壓頭15置于壓頭安裝口 3處，側(cè)向過渡壓頭13置于導(dǎo)向孔6中，且側(cè)向過渡壓頭13抵住左側(cè)的定位壓板，如圖5所示。(3)裝機(jī)。如圖5和圖6所示，將CN10194982B中公開了的夾具本體放置于壓力試驗(yàn)機(jī)加載臺(tái)上，并根據(jù)裂紋觀測系統(tǒng)的觀測方向調(diào)整好位置，使垂向壓軸與試驗(yàn)機(jī)加載頭處于同一中心線上；將聲發(fā)射探頭貼在試件非觀測面上，并用聲發(fā)射信號(hào)傳輸線將探頭與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接好；利用兩個(gè)推拉柱把上述試驗(yàn)裝置100放入夾具本體200的試驗(yàn)腔內(nèi)，利用上述試驗(yàn)裝置上的四個(gè)定位螺栓定位；將垂向壓軸和側(cè)向壓軸分別與垂向過渡壓頭和側(cè)向過渡壓頭接觸好，用壓力試驗(yàn)機(jī)和液壓油泵分別給垂向壓軸和側(cè)向壓軸施加一定的預(yù)緊力；上好前、后蓋將試驗(yàn)腔密封；連接好瓦斯供給系統(tǒng)；連接好裂紋觀測系統(tǒng)；并檢查各系統(tǒng)工作是否正常。(4)真空脫氣。檢查夾具本體試驗(yàn)腔的氣密性，打開三通閥門，用真空泵進(jìn)行脫氣，脫氣時(shí)間一般2_3h，以保證良好的脫氣效果。(5)充氣吸附平衡。脫氣后，關(guān)閉三通閥門，調(diào)節(jié)高壓甲烷鋼瓶出氣閥門，施加預(yù)定的瓦斯壓力，向夾具本體的試驗(yàn)腔內(nèi)充氣，充氣時(shí)間一般為24h，使煤樣瓦斯充分吸附平衡。(6)進(jìn)行試驗(yàn)。開啟壓力試驗(yàn)機(jī)和各測量系統(tǒng)，按照制定的試驗(yàn)方案進(jìn)行不同條件下的加載；通過壓力試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)記錄剪應(yīng)力和剪切位移；通過聲發(fā)射系統(tǒng)則記錄試件內(nèi)部損傷發(fā)出的聲發(fā)射信號(hào)；通過裂紋觀測系統(tǒng)觀測裂紋的發(fā)展并捕捉圖片。一個(gè)試件做完后，拆卸試件，并重復(fù)(2)- (6)步驟進(jìn)行下一輪試驗(yàn)。(7)測定參數(shù)。所要記錄的參數(shù)有:剪應(yīng)力、剪切位移、瓦斯壓力、正應(yīng)力、裂紋發(fā)展的圖片及錄影、聲發(fā)射信號(hào)等。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，其特征是:包括本體(I);所述本體(I)上設(shè)置有試件腔(2);所述試件腔(2)內(nèi)設(shè)置有支座(4);所述本體(I)的頂壁為分體式結(jié)構(gòu),包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的左頂壁(Ia)和右頂壁(Ib);所述左頂壁(Ia)和右頂壁(Ib)間隔設(shè)置，構(gòu)成壓頭安裝口(3);所述本體(I)的前后兩端均為開口 ；所述支座(4)正對(duì)所述壓頭安裝口(3)處設(shè)置有凹槽(5);所述本體(I)的左側(cè)壁設(shè)置有導(dǎo)向孔(6);所述左頂壁(Ia)上前后對(duì)稱設(shè)置有貫通的第一緊定螺孔(9a)和第二緊定螺孔(9b);所述右頂壁(Ib)上設(shè)置有與所述第一緊定螺孔(9a)和第二緊定螺孔(9b)對(duì)稱的第三緊定螺孔(9c)和第四緊定螺孔(9d)。
2.如權(quán)利要求1所述的煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，其特征是:所述左頂壁(Ia)和右頂壁(Ib)的形狀均為首尾相接的矩形和梯形，且兩梯形的上底相對(duì)。
3.如權(quán)利要求1所述的煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，其特征是:所述本體(I)的后端下部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一定位螺栓(7a)和第二定位螺栓(7b);所述本體(I)的后端中部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第三定位螺栓(7c)和第四定位螺栓(7d)。
4.如權(quán)利要求1所述的煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，其特征是:所述本體(I)的前端下部、左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有第一推拉柱(8a)和第二推拉柱(Sb )。
5.如權(quán)利要求4所述的煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，其特征是:所述第一推拉柱(8a)和第二推拉柱(8b)與所述本體(I)螺紋連接。
6.如權(quán)利要求1所述的煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，其特征是:所述凹槽(5)的寬度(LI)為40mm ;所述凹槽(5)的底面與所述本體(I)的底面距離(L2)為38mm ；所述支座(4)的頂面與所述本體的底面距離(L3)為50mm ;所述導(dǎo)向孔(6)的中心線與所述本體的底面距離(L4)為70mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤巖雙面剪切細(xì)觀開裂演化過程試驗(yàn)裝置，包括本體；所述本體上設(shè)置有試件腔；所述試件腔內(nèi)設(shè)置有支座；所述本體的頂壁為分體式結(jié)構(gòu)，包括結(jié)構(gòu)對(duì)稱的左頂壁和右頂壁；所述左頂壁和右頂壁間隔設(shè)置，構(gòu)成壓頭安裝口；所述本體的前后兩端均為開口；所述支座正對(duì)所述壓頭安裝口處設(shè)置有凹槽；所述本體的左側(cè)壁設(shè)置有導(dǎo)向孔；所述左頂壁上前后對(duì)稱設(shè)置有貫通的第一緊定螺孔和第二緊定螺孔；所述右頂壁上設(shè)置有與所述第一緊定螺孔和第二緊定螺孔對(duì)稱的第三緊定螺孔和第四緊定螺孔。本發(fā)明可適應(yīng)性廣、結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，可靠性好，操作方便等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N3/24GK103105338SQ20131002511
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月23日
發(fā)明者許江, 尹光志, 王維忠, 程立朝, 劉婧, 彭守建, 劉 東, 李波波, 馮丹, 蘇小鵬 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)