一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置，在試驗裝置內(nèi)開設(shè)有具有開口的試驗腔，試驗腔內(nèi)的下部安裝有活動墊塊，所述試驗腔的上部和左右兩側(cè)均設(shè)有活動壓塊，三個所述活動壓塊和所述活動墊塊圍成一個四邊形框架，且所述活動壓塊和活動墊塊互相錯位。本發(fā)明對加載頭和活動壓塊進(jìn)行了靈活地設(shè)計，可對煤巖進(jìn)行真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗，較好地模擬了現(xiàn)場實際煤層耦合所處的環(huán)境。還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、操作方便簡單、經(jīng)濟(jì)安全、適用性廣等特點。
【專利說明】一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采礦領(lǐng)域，特別是涉及一種真三軸狀態(tài)下的煤巖細(xì)觀力學(xué)試驗裝置。【背景技術(shù)】
[0002]煤與瓦斯突出是煤礦生產(chǎn)中遇到的一種極為復(fù)雜的礦井瓦斯動力現(xiàn)象。近些年來，各地煤礦瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出事故頻發(fā)，煤礦瓦斯災(zāi)害已嚴(yán)重影響到煤炭工業(yè)健康的發(fā)展。目前，專家、學(xué)者普遍認(rèn)為煤與瓦斯突出是地應(yīng)力、瓦斯壓力及煤巖物理力學(xué)性質(zhì)三者綜合作用的結(jié)果。因此，開展地應(yīng)力、瓦斯耦合作用下的煤巖力學(xué)特性研究，特別是從細(xì)觀的角度，對煤巖破壞過程中裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展動態(tài)過程以及最后破壞狀態(tài)進(jìn)行研究，有利于更深入地了解含瓦斯煤巖的物理力學(xué)性質(zhì)，對更科學(xué)地揭示煤巖動力現(xiàn)象發(fā)生機理及更合理的開發(fā)相應(yīng)災(zāi)害防治技術(shù)具有重要的理論價值和工程指導(dǎo)意義。
[0003]目前，針對煤巖的細(xì)觀裝置較為少見，比較典型的有中國礦業(yè)大學(xué)何學(xué)秋教授研制的含瓦斯煤變形及破裂動態(tài)顯微觀測系統(tǒng)，以及重慶大學(xué)曹樹剛教授研制的一種含瓦斯煤巖細(xì)觀力學(xué)試驗系統(tǒng)(詳見申請?zhí)?00810070166.5)。前者采用的試驗裝置為設(shè)置有觀測窗口的圓柱形壓力缸，用浮法玻璃做窗口材料，將圓柱形煤巖試件的一側(cè)磨成平面寬度約為10~15_的平面作為觀測平面，該裝置采用圓柱形試件，觀測面范圍較小，不能追蹤特定裂紋的破壞過程以及進(jìn)行一定范圍內(nèi)的定量觀測。后者的試驗裝置采用兩個液壓千斤頂從上方和側(cè)面進(jìn)行擠壓，同時在下方和另一個側(cè)面采用“L”形墊塊限位，這種結(jié)構(gòu)無法進(jìn)行煤巖真三軸狀態(tài)下的細(xì)觀試驗。
[0004]綜上分析，已有的設(shè)備都無法進(jìn)行更貼近煤巖實際受載狀態(tài)的真三軸試驗。目前還缺乏一種有效的、更貼近礦山生產(chǎn)實際的的煤巖真三軸力學(xué)試驗裝置，該裝置既可以對煤巖進(jìn)行單軸、平面應(yīng)變、真三軸等受力狀態(tài)下的細(xì)觀力學(xué)試驗研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠?qū)γ簬r進(jìn)行真三軸細(xì)觀力學(xué)實驗的試驗裝置。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種含瓦斯煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置，所述試驗裝置(I)內(nèi)開設(shè)有具有開口的試驗腔(la)，該試驗腔(Ia)的開口水平朝向試驗裝置(I)的其中一個側(cè)面，且該試驗腔(Ia)的開口由透明視鏡(2)封閉；所述試驗腔(Ia)內(nèi)的下部安裝有活動墊塊(3)，該活動墊塊(3)的上表面用于支撐煤巖樣品；所述試驗腔(Ia)的上部和左右兩側(cè)均設(shè)有活動壓塊(4)，三個所述活動壓塊(4)和所述活動墊塊(3)圍成一個四邊形框架，且所述活動壓塊(4)和活動墊塊(3)互相錯位，上部的活動壓塊(4)其中一端端頭部分壓在其相鄰的活動壓塊(4)上端面上，另一端端面抵在其相鄰的活動壓塊(4)的端頭上，活動墊塊(3)的其中一端端頭部分壓在其相鄰的活動壓塊(4)下端面下方，另一端的端面抵在其相鄰的活動壓塊(4)的端頭上，三個所述活動壓塊(4)均連接有加載軸(5)，三根加載軸(5)的另一端分別從試驗腔(Ia)的上方和左右兩側(cè)伸出試驗裝置(I)外，三根該加載軸(5)的外端均連接有液壓千斤頂(6)，三個該液壓千斤頂(6)分別安裝在試驗裝置(I)的上方和左右兩側(cè)。
[0007]采用上述結(jié)構(gòu)的試驗裝置對試件進(jìn)行試驗時，先將透明視鏡拆下，驅(qū)動液壓千斤頂抬起活動壓塊，再將試件放到活動墊塊上，驅(qū)動液壓千斤頂壓向試件方向，使得活動壓塊和活動墊塊相互錯位壓在試件表面，試件上部活動壓塊的右端部分壓在右側(cè)活動壓塊上端，試件右側(cè)活動壓塊的下端部分抵住底部活動墊塊的右端，試件底部活動墊塊的左端部分抵住左側(cè)活動壓塊的下端，試件左側(cè)活動壓塊的上端部分抵住上部活動壓塊的左端。然后調(diào)整試件上部和左右兩側(cè)的液壓千斤頂，使試件在垂直和水平方向受到的加載載荷通過加載軸傳遞到活動壓塊并作用于試件上，并且可以通過對液壓千斤頂壓力的調(diào)整，來滿足各種情況下的狀態(tài)模擬，同時還可以通過試驗腔一側(cè)的透明視鏡對試驗腔內(nèi)的試件進(jìn)行實時觀測。
[0008]在活動墊塊(3)的下方連接有墊塊(15)，該墊塊(15)的底部固定連接在試驗腔(Ia)底部，所述墊塊(15)的上表面向上凸起形成條形滑軌(15a)，該條形滑軌(15a)左右延伸布置，所述活動墊塊(3)的下表面開有與條形滑軌(15a)相對應(yīng)的條形槽(3a)，所述條形滑軌(15a)伸入到該條形槽(3a)內(nèi)；三個所述活動壓塊(4)與加載軸(5)相連接的地方均設(shè)置有加載塊(16)，該活動壓塊(4)通過加載塊(16)與加載軸(5)相連，所述加載塊(16)與加載軸(5)固定相連，在該加載塊(16)與活動壓塊(4)相接觸的面上設(shè)置有塊(16a)，該活動壓塊(4)上設(shè)置有與滑塊(16a)相對應(yīng)的滑槽(4a)。采用上述連接方式，在調(diào)整活動壓塊和活動墊塊的位置時，先將試件居中放在活動墊塊上，再緩緩將試件移動到活動墊塊右端平齊，而后左右移動活動墊塊，使其居于墊塊的中心位置，再上下調(diào)整右側(cè)的活動壓塊，使其下端部分地抵在下部活動墊塊上。同理，調(diào)整左側(cè)和上部的活動壓塊位置，最終使各活動壓塊和活動墊塊滿足前述要求，相互錯位壓在試件表面。
[0009]為了更好的觀測試件的變化，所述試驗腔(Ia)的開口為內(nèi)小外大的臺階孔，該臺階孔具有臺階面(lb)，所述透明視鏡(2)的內(nèi)側(cè)抵在該臺階面(Ib)上，該透明視鏡(2)的外側(cè)安裝有“回”字形壓蓋(21)，且該壓蓋(21)通過穿過透明視鏡(2)的螺釘(22)與試驗裝置(I)固定相連，在所述透明視鏡(2)與臺階面(Ib)和壓蓋(21)相接觸的面上均裝設(shè)有“回”字形密封圈(23)。所述壓蓋將透明視鏡壓在試驗腔腔口，通過透明視鏡能夠完整觀測到試件的變化，同時使用“回”字形密封圈對腔口進(jìn)行密封，防止瓦斯外泄。
[0010]三個所述液壓千斤頂(6 )分別固定連接在三個液壓千斤頂安裝座(29 )，三個該液壓千斤頂安裝座(29)分別安裝在試驗裝置(I)的上方和左右兩側(cè)，三個所述液壓千斤頂
(6)的活塞桿均通過壓力傳感器(28)與加載軸(5)相連，該加載軸(5)位于試驗裝置(I)外的部分向外凸起形成環(huán)狀的限位臺階(5a)，在所述加載軸(5)上還套裝有復(fù)位彈簧(33)和加載軸密封圈(34)，該復(fù)位彈簧(33)的一端緊壓在限位臺階(5a)上，另一端緊壓在試驗裝置(I)表面，所述加載軸密封圈(34)位于試驗裝置(I)內(nèi)?？梢酝ㄟ^壓力傳感器對液壓千斤頂?shù)膲毫M(jìn)行監(jiān)控調(diào)節(jié)，液壓千斤頂?shù)幕钊麠U推動加載軸，從而推動活動壓塊，加載軸上的限位臺階對加載軸的行程進(jìn)行了限位，同時采用復(fù)位彈簧使加載軸和活動壓塊能夠更快回到初始狀態(tài)。
[0011]有益效果:本發(fā)明對加載頭和活動壓塊進(jìn)行了靈活地設(shè)計，可對煤巖進(jìn)行真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗，較好地模擬了現(xiàn)場實際煤層耦合所處的環(huán)境。還具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、操作方便簡單、經(jīng)濟(jì)安全、適用性廣等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為圖1的A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0015]如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括試驗裝置1、透明視鏡2、活動墊塊3、活動壓塊4、加載軸5、液壓千斤頂6、墊塊15、加載塊16、壓蓋21、螺釘22、“回”字形密封圈23、壓力傳感器28、液壓千斤頂安裝座29、復(fù)位彈簧33和加載軸密封圈34等部件，所述試驗裝置I內(nèi)開設(shè)有具有開口的試驗腔la，該試驗腔Ia的開口水平朝向試驗裝置I的其中一個側(cè)面，所述試驗腔Ia內(nèi)的下部安裝有活動墊塊3，該活動墊塊3的上表面用于支撐煤巖樣品，在活動墊塊3的下方連接有墊塊15，該墊塊15的底部固定連接在試驗腔Ia底部，所述墊塊15的上表面向上凸起形成條形滑軌15a，該條形滑軌15a左右延伸布置，所述活動墊塊3的下表面開有與條形滑軌15a相對應(yīng)的條形槽3a，所述條形滑軌15a伸入到該條形槽3a內(nèi)。所述試驗腔Ia的上部和左右兩側(cè)均設(shè)有活動壓塊4，三個所述活動壓塊4和所述活動墊塊3圍成一個四邊形框架，且所述活動壓塊4和活動墊塊3互相錯位，本實施例優(yōu)選錯位情況為，試件上部活動壓塊4的右端部分壓在右側(cè)活動壓塊4的上端，試件右側(cè)活動壓塊4的下端部分抵住底部活動墊塊3的右端，試件底部活動墊塊3的左端部分抵住左側(cè)活動壓塊4的下端，試件左側(cè)活動壓塊4的上端部分抵住上部活動壓塊4的左端。三個所述活動壓塊16均通過加載塊16與加載軸5相連,所述加載塊16與加載軸5固定相連,在該加載塊16與活動壓塊4相接觸的面上設(shè)置有滑槽16a，該活動壓塊4上設(shè)置有與滑槽16a相對應(yīng)的滑塊4a。三根加載軸5的另一端分別從試驗腔Ia的上方和左右兩側(cè)伸出試驗裝置I外，三根該加載軸5的外端均連接有液壓千斤頂6，三個所述液壓千斤頂6分別固定連接在三個液壓千斤頂安裝座29上，三個該液壓千斤頂安裝座29分別安裝在試驗裝置I的上方和左右兩側(cè)，三個所述液壓千斤頂6的活塞桿均通過壓力傳感器28與加載軸5相連，該加載軸5位于試驗裝置I外的部分向外凸起形成環(huán)狀的限位臺階5a，在所述加載軸5上還套裝有復(fù)位彈簧33和加載軸密封圈34，該復(fù)位彈簧33的一端緊壓在限位臺階5a上，另一端緊壓在試驗裝置I表面，所述加載軸密封圈34位于試驗裝置I內(nèi)。
[0016]由圖2進(jìn)一步可知，所述試驗裝置I內(nèi)開設(shè)有具有開口的試驗腔la，該試驗腔Ia的開口水平朝向試驗裝置I的其中一個側(cè)面，該試驗腔Ia的開口為內(nèi)小外大的臺階孔，該臺階孔具有臺階面lb，所述透明視鏡2的內(nèi)側(cè)抵在該臺階面Ib上，該透明視鏡2的外側(cè)安裝有“回”字形壓蓋21，且該壓蓋21通過穿過透明視鏡2的螺釘22與試驗裝置I固定相連，在所述透明視鏡2與臺階面Ib和壓蓋21相接觸的面上均裝設(shè)有“回”字形密封圈23。
[0017]本實施例的工作原理如下:
[0018]先將透明視鏡2拆下，驅(qū)動液壓千斤頂6抬起活動壓塊4，然后將試件16居中放在活動墊塊3上，再緩緩將試件移動到活動墊塊3右端平齊。而后調(diào)節(jié)活動墊塊3，使其居于墊塊15的中心位置。驅(qū)動液壓千斤頂6向左移動試件右側(cè)的加載頭16，使與其相連的活動壓塊4抵在試件上。再調(diào)整該活動壓塊4，使其下端部分抵在活動墊塊3上。同理，調(diào)整左側(cè)和上部加載頭位置，使各加載頭和活動壓頭滿足前述要求。最后將透明視鏡2及壓蓋
21還原、密封、緊固。然后調(diào)整試件上部和左右兩側(cè)的液壓千斤頂6，使試件在垂直和水平方向受到的加載載荷通過加載軸5傳遞到活動壓塊4并作用于試件上。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不以本發(fā)明為限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)如改變表架和基準(zhǔn)柱的數(shù)量等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置，其特征在于:所述試驗裝置(I)內(nèi)開設(shè)有具有開口的試驗腔(la)，該試驗腔(Ia)的開口水平朝向試驗裝置(I)的其中一個側(cè)面，且該試驗腔(Ia)的開口由透明視鏡(2)封閉；所述試驗腔(Ia)內(nèi)的下部安裝有活動墊塊(3)，該活動墊塊(3)的上表面用于支撐煤巖樣品；所述試驗腔(Ia)的上部和左右兩側(cè)均設(shè)有活動壓塊(4)，三個所述活動壓塊(4)和所述活動墊塊(3)圍成一個四邊形框架，且所述活動壓塊(4)和活動墊塊(3)互相錯位，上部的活動壓塊(4)其中一端端頭部分壓在其相鄰的活動壓塊(4)上端面上，另一端端面抵在其相鄰的活動壓塊(4)的端頭上，活動墊塊(3)的其中一端端頭部分壓在其相鄰的活動壓塊(4)下端面下方，另一端的端面抵在其相鄰的活動壓塊(4)的端頭上，三個所述活動壓塊(4)均連接有加載軸(5)，三根加載軸(5)的另一端分別從試驗腔(Ia)的上方和左右兩側(cè)伸出試驗裝置(I)外，三根該加載軸(5)的外端均連接有液壓千斤頂(6 )，三個該液壓千斤頂(6 )分別安裝在試驗裝置(I)的上方和左右兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置，其特征在于:在活動墊塊(3)的下方連接有墊塊(15)，該墊塊(15)的底部固定連接在試驗腔(Ia)底部，所述墊塊(15)的上表面向上凸起形成條形滑軌(15a)，該條形滑軌(15a)左右延伸布置，所述活動墊塊(3)的下表面開有與條形滑軌(15a)相對應(yīng)的條形槽(3a)，所述條形滑軌(15a)伸入到該條形槽(3a)內(nèi)；三個所述活動壓塊(4)與加載軸(5)相連接的地方均設(shè)置有加載塊(16)，該活動壓塊(4 )通過加載塊(16 )與加載軸(5 )相連，所述加載塊(16 )與加載軸(5 )固定相連，在該加載塊(16)與活動壓塊(4)相接觸的面上設(shè)置有滑塊(16a)，該活動壓塊(4)上設(shè)置有與滑塊(16a)相對應(yīng)的滑槽(4a)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置，其特征在于:所述試驗腔(Ia)的開口為內(nèi)小外大的臺階孔，該臺階孔具有臺階面(lb)，所述透明視鏡(2)的內(nèi)側(cè)抵在該臺階面(Ib)上，該透明視鏡(2)的外側(cè)安裝有“回”字形壓蓋(21)，且該壓蓋(21)通過穿過透明視鏡(2)的螺釘(22)與試驗裝置(I)固定相連，在所述透明視鏡(2)與臺階面(Ib )和壓蓋(21)相接觸的面上均裝設(shè)有“回”字形密封圈(23 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤巖真三軸細(xì)觀力學(xué)試驗裝置，其特征在于:三個所述液壓千斤頂(6)分別固定連接在三個液壓千斤頂安裝座(29)，三個該液壓千斤頂安裝座(29)分別安裝在試驗裝置(I)的上方和左右兩側(cè)，三個所述液壓千斤頂(6)的活塞桿均通過壓力傳感器(28)與加載軸(5)相連，該加載軸(5)位于試驗裝置(I)外的部分向外凸起形成環(huán)狀的限位臺階(5a)，在所述加載軸(5)上還套裝有復(fù)位彈簧(33)和加載軸密封圈(34)，該復(fù)位彈簧(33)的一端緊壓在限位臺階(5a)上，另一端緊壓在試驗裝置(I)表面，所述加載軸密封圈(34)位于試驗裝置(I)內(nèi)。
【文檔編號】G01N3/12GK103471926SQ201310341621
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月7日
【發(fā)明者】曹樹剛, 郭平, 張遵國, 孫傳猛, 洛鋒, 劉延保, 李勇, 李國棟, 楊紅運, 鄒德均 申請人:重慶大學(xué)