一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，涉及深部巷道爆破開(kāi)挖【技術(shù)領(lǐng)域】，為了解爆破荷載對(duì)深部鄰近深部巷道圍巖原始裂紋群的影響，從而對(duì)深部鄰近深部巷道安全距離的確定以及深部巷道經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)提供依據(jù)而發(fā)明。其包括：試塊支架；在試塊上的模擬深部巷道周邊有預(yù)制裂紋，在模擬深部巷道外圍有炮孔用于裝炸藥；爆炸加載裝置，用于對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆；圍壓加載裝置，用于對(duì)試塊外圍加圍壓；數(shù)據(jù)采集裝置，用于在起爆的同時(shí)，對(duì)模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；數(shù)據(jù)分析裝置，用于對(duì)采集的損傷狀況進(jìn)行分析，獲得爆破對(duì)模擬深部巷道周邊損傷的影響數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型適用于深部巷道爆破誘災(zāi)的模擬實(shí)驗(yàn)。
【專利說(shuō)明】一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及深部巷道爆破開(kāi)挖【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種用于模擬深部巷道爆 破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆爆法在井巷工程的施工中起著著舉足輕重的作用，但同時(shí)，爆破開(kāi)挖深部巷道 也會(huì)帶來(lái)負(fù)面影響。如在鄰近深部巷道附近爆破開(kāi)挖新的并行深部巷道時(shí)，由于深部巷道 圍巖中存在原始缺陷，爆破荷載必然會(huì)對(duì)鄰近深部巷道圍巖造成損傷，甚至誘發(fā)沖擊災(zāi)害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害 的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，能夠了解爆破荷載對(duì)鄰近深部巷道圍巖原始裂紋群的影響，便于對(duì)鄰近深部 巷道安全距離的確定以及深部巷道經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)提供依據(jù)。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的 實(shí)施例采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括:試塊支架，用于放置或懸 掛試塊；其中，所述試塊的局部位置處開(kāi)設(shè)有模擬深部巷道，并在所述模擬深部巷道周邊的 預(yù)定位置處形成有預(yù)制裂紋，在所述試塊上位于所述模擬深部巷道外圍的預(yù)定位置處開(kāi)設(shè) 有炮孔用于裝設(shè)炸藥；爆炸加載裝置，用于對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆；圍壓加載裝置，用于對(duì)放 置或懸掛在所述試塊支架上的試塊外圍加設(shè)圍壓；數(shù)據(jù)采集裝置，用于在所述爆炸加載裝 置對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆的同時(shí)，對(duì)所述試塊上的模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采 集；數(shù)據(jù)分析裝置，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)采集裝置采集的所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn) 行分析，獲得所述爆破對(duì)所述模擬深部巷道周邊損傷的影響數(shù)據(jù)。
[0006]進(jìn)一步地，所述爆炸加載裝置包括:起爆器以及連接所述起爆器和炮孔中所裝炸 藥的起爆導(dǎo)線。
[0007]進(jìn)一步地，所述圍壓加載裝置包括:壓力加載單元，用于對(duì)所述試塊外圍加設(shè)圍 壓；壓力檢測(cè)單元，用于檢測(cè)和顯示所述壓力加載單元對(duì)所述試塊外圍加設(shè)圍壓的大小。
[0008]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括:依次設(shè)置且中心在一條直線上的激光光源、擴(kuò) 束鏡、場(chǎng)鏡組合、及高速攝影儀；所述試塊支架設(shè)置在所述場(chǎng)鏡組合中。
[0009]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括:應(yīng)變片，所述應(yīng)變片粘貼在所述預(yù)制裂紋的尖 端附近；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，與所述應(yīng)變片相連，用于將應(yīng)變片的電阻變化信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并 進(jìn)行放大，然后傳遞給記錄顯示儀；記錄顯示儀，與所述動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀相連，用于記錄并顯示 所述動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀傳遞的電壓信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步地，所述應(yīng)變片包括縱向和橫向粘貼在所述預(yù)制裂紋尖端附近的應(yīng)變片。
[0011]進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括:聲發(fā)射傳感器，設(shè)置在所述預(yù)制裂紋附近，用 于對(duì)所述預(yù)制裂紋的聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集。[0012]進(jìn)一步地，所述試塊為尺寸為300mmX300mmX5mm的有機(jī)玻璃板，或尺寸為300m m X 300mm bmm的人造石板；所述 模擬深部巷道下部為40mm X 20mm的半矩形,上部為半徑20mm的豐0頂。
[0013]進(jìn)一步地，在所述試塊的背面正對(duì)所述炮孔的位置處粘貼一貼塊。
[0014]進(jìn)一步地，所形成的每條預(yù)制裂紋各自由兩條朝向不同方向彎曲的圓弧連接而 成；形成所述預(yù)制裂紋的每條圓弧的半徑為3mm，弦長(zhǎng)為2mm。
[0015]本實(shí)用新型提供的一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過(guò)圍壓加 載裝置對(duì)放置或懸掛在試塊支架上的試塊外圍加設(shè)圍壓，通過(guò)爆炸加載裝置對(duì)所述試塊上 的炸藥進(jìn)行起爆；通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所述試塊上的模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng) 態(tài)采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析裝置對(duì)采集的試塊上的模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行分析， 獲得所述爆破對(duì)所述模擬深部巷道周邊損傷的影響數(shù)據(jù)，從而能夠了解爆破荷載對(duì)鄰近深 部巷道圍巖原始裂紋群的影響，便于對(duì)鄰近深部巷道安全距離的確定以及深部巷道經(jīng)濟(jì)合 理的支護(hù)提供了依據(jù)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅 是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0017]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為用于本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例的試塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3為用于本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例的另一試塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為在本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中對(duì)試塊外圍增加圍壓的示意圖；
[0021]圖5為應(yīng)用于本實(shí)用新型實(shí)施例的透射式焦散線法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例中應(yīng)變片在模擬深部巷道外圍布置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7為用于本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例的又一試塊結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖8a_8d為根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例獲得的炮孔與深部巷道間距不同時(shí)的群裂 紋擴(kuò)展圖；
[0025]圖9a_9b為根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例獲得的4和裂紋尖端位移以及速度隨時(shí)間 的變化規(guī)律(L=45mm)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)明確，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全 部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前 提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0027]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的方框結(jié) 構(gòu)示意圖。參看圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括:試塊支架81，用于放置或懸掛試塊82 ;其中，所述試塊82的局部位置處開(kāi)設(shè)有 模擬深部巷道，并在所述模擬深部巷道周邊的預(yù)定位置處形成有預(yù)制裂紋，在所述試塊82 上位于所述模擬深部巷道外圍的預(yù)定位置處開(kāi)設(shè)有炮孔用于裝設(shè)炸藥；爆炸加載裝置83， 用于對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆；圍壓加載裝置84，用于對(duì)放置或懸掛在所述試塊支架上的試塊 外圍加設(shè)圍壓；數(shù)據(jù)采集裝置85，用于在所述爆炸加載裝置對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆的同時(shí)， 對(duì)所述試塊上的模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；數(shù)據(jù)分析裝置86，用于對(duì)所 述數(shù)據(jù)采集裝置采集的所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行分析，獲得所述爆破對(duì)所述 模擬深部巷道周邊損傷的影響數(shù)據(jù)。
[0028]通過(guò)圍壓加載裝置對(duì)放置或懸掛在試塊支架上的試塊外圍加設(shè)圍壓，通過(guò)爆炸加 載裝置對(duì)所述試塊上的炸藥進(jìn)行起爆；通過(guò)數(shù)據(jù)采集裝置對(duì)所述試塊上的模擬深部巷道周 邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析裝置對(duì)采集的試塊上的模擬深部巷道周邊的 損傷狀況進(jìn)行分析，獲得所述爆破對(duì)所述模擬深部巷道周邊損傷的影響數(shù)據(jù)，從而能夠了 解爆破荷載對(duì)鄰近深部巷道圍巖原始裂紋群的影響，便于對(duì)鄰近深部巷道安全距離的確定 以及深部巷道經(jīng)濟(jì)合理的支護(hù)提供了依據(jù)。
[0029]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，所述試塊82可以 采用有機(jī)玻璃板來(lái)制作，也可以采用人造石板來(lái)制作。試塊材料的具體選擇根據(jù)試塊材料 本身的特性并結(jié)合對(duì)模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集所利用的技術(shù)手段來(lái)綜
合確定。
[0030]有機(jī)玻璃板為各向同性的均勻光學(xué)非晶體介質(zhì)，具有良好的透光性，且具有較好 的彈性和塑性，是一種理想的光學(xué)模型材料。因此，當(dāng)采用焦散線實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)所述模擬深部 巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集時(shí)，優(yōu)選采用有機(jī)玻璃板作為試塊的材料。
[0031]圖2為用于本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例的試塊結(jié)構(gòu)示意圖。參看圖2所示， 當(dāng)采用有機(jī)玻璃板時(shí)，所述在試塊的局部位置處開(kāi)設(shè)模擬深部巷道包括:在尺寸為 300mmX300mmX5mm的有機(jī)玻璃板的局部位置處開(kāi)設(shè)模擬深部巷道10 ;其中，所述模擬深 部巷道10下部為40mm x 20mm的半矩形,上部為半徑20mm的半圓頂。
[0032]人造石是用非天然的混合物制成的，如樹(shù)脂、水、鈣粉、玻璃珠、鋁石粉等等加碎石 黏合劑制作而成的。因?yàn)槿嗽焓憩F(xiàn)出比巖石材料要好的均質(zhì)和各向同性，相對(duì)巖石材料 實(shí)驗(yàn)較容易，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)較明顯；同時(shí)人造石板在物理力學(xué)性質(zhì)等許多方面相似。因 此，在利用應(yīng)變片或聲發(fā)射傳感器對(duì)對(duì)模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集時(shí)，優(yōu) 選采用人造石板。
[0033]參看圖2所示，當(dāng)采用人造石板來(lái)制作試塊時(shí)，所述在試塊的局部位置處開(kāi)設(shè)模 擬深部巷道包括:在尺寸為300mmX300mmX6mm的人造石板的局部位直處開(kāi)設(shè)t旲擬深部 巷道10 ;其中，所述模擬深部巷道10下部為40mm x 20mm的半矩形，上部為半徑20mm的半 圓頂。
[0034]參看圖2所示，在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，為 了模擬深部巷道周邊的原始缺陷，在所述模擬深部巷道10周邊的預(yù)定位置處形成預(yù)制裂 紋30。其中，所述在所述模擬深部巷道周邊的預(yù)定位置處形成預(yù)制裂紋30包括:
[0035]在所述深部巷道10的頂部形成預(yù)制裂紋，以及在所述深部巷道的側(cè)壁上靠近深 部巷道底部和肩部的位置處也分別形成預(yù)制裂紋；并且，所述預(yù)制裂紋自所述深部巷道周邊朝向遠(yuǎn)離所述深部巷道10中心的方向延伸。
[0036]所述預(yù)制裂紋設(shè)置在深部巷道周邊應(yīng)力相對(duì)集中的地方，既便于預(yù)制裂紋在試塊 上的形成，又有利于在受到爆炸沖擊時(shí)發(fā)生較為明顯的應(yīng)力形變，易于觀察和實(shí)驗(yàn)。
[0037]為了較為真實(shí)地模擬深部巷道周邊原始的裂紋形狀，前述實(shí)施例中，所形成的每 條預(yù)制裂紋30各自由兩條朝向不同方向彎曲的圓弧連接而成。優(yōu)選地，形成所述預(yù)制裂紋 30的每條圓弧的半徑為3mm,弦長(zhǎng)為2mm。
[0038]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，可以在所述試塊上 位于所述模擬深部巷道10外圍的左側(cè)、右側(cè)、右上側(cè)或頂部等位置處開(kāi)設(shè)炮孔20并裝設(shè)炸藥。
[0039]圖3為用于本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例的另一試塊結(jié)構(gòu)示意圖。參看圖3所示， 為了便于炸藥的裝設(shè)及使得炸藥爆炸所產(chǎn)生的能量較為充分地傳遞到試塊上，優(yōu)選地，所 述在所述試塊上位于所述模擬深部巷道外圍的預(yù)定位置處開(kāi)設(shè)炮孔并裝設(shè)炸藥包括:在所 述試塊上位于所述模擬深部巷道10外圍的預(yù)定位置處開(kāi)設(shè)炮孔20，在所述試塊的背面正 對(duì)所述炮孔20的位置處粘貼一貼塊40 ;在所述炮孔20內(nèi)裝入炸藥。所述貼塊40表示深 部巷道內(nèi)待挖面，也設(shè)有預(yù)制裂紋(圖中未示出)。
[0040]當(dāng)所述試塊采用尺寸為300mmX 300mmX 5mm的有機(jī)玻璃板時(shí)，所述貼塊40采用尺 寸為150mmX 150mmX 5mm的氯仿；當(dāng)所述試塊米用尺寸為300mmX 300mmX 6mm的人造石板 時(shí)，所述貼塊40采用尺寸為150mmX 150mmX 6mm的環(huán)氧樹(shù)脂。
[0041]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，所述炮孔20的直 徑為6mm,且炮孔中心與深部巷道中心的間距L為40mm、45mm、50mm、55mm、60mm、65_或 70mmo
[0042]炮孔中所裝的炸藥采用少量敏感度高的單質(zhì)炸藥，起爆后產(chǎn)生瞬時(shí)爆炸荷載。由 于疊氮化鉛感度高，起爆性能好，而且爆炸產(chǎn)生的炮煙較少，對(duì)視場(chǎng)清晰度影響程度較小。 因此選用疊氮化鉛，初選藥量140-150mg。優(yōu)選地，在所述炮孔內(nèi)裝設(shè)炸藥包括:在所述炮 孔內(nèi)裝入145mg的疊氮化鉛單質(zhì)炸藥。
[0043]所述炮孔20可以是單炮孔，也可以是雙炮孔或多炮孔。
[0044]上述實(shí)施例中、試塊尺寸、模擬深部巷道尺寸、炮孔直徑、炮孔中心與深部巷道中 心的間距、以及炮孔內(nèi)所裝炸藥種類(lèi)及炸藥量的綜合選擇，既能使試塊較為充分地吸收炸 藥爆炸所產(chǎn)生的沖擊波，獲得較為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，又能使試塊的尺寸盡可能地小，節(jié)省實(shí) 驗(yàn)耗材，降低實(shí)驗(yàn)成本。
[0045]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，進(jìn)一步地，所述爆 炸加載裝置83包括:起爆器以及連接所述起爆器和炮孔中所裝炸藥的起爆導(dǎo)線。其中所述 起爆器優(yōu)選手動(dòng)觸發(fā)方式高壓起爆器。
[0046]裝藥時(shí)在炮孔內(nèi)放置起爆導(dǎo)線，連接高壓起爆器，利用高壓放電產(chǎn)生的火花引爆 炸藥。高壓起爆器采用中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所制的MD-2000多通道脈沖點(diǎn)火器，手動(dòng)觸發(fā) 方式，利用自動(dòng)跟蹤式同步機(jī)的同步自校觸發(fā)起爆器引爆炸藥。實(shí)驗(yàn)前先對(duì)起爆器進(jìn)行充 電，但起爆充電時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則可能使起爆器自動(dòng)放電而引爆炸藥。所以要 計(jì)算好充電時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)室濕度較小的情況下，起爆器的最長(zhǎng)充電時(shí)間一般不超過(guò)5分鐘。 如果實(shí)驗(yàn)室的濕度很大，則起爆器的充電時(shí)間就相應(yīng)縮短，放電也越快。每次試驗(yàn)完成后，一定要把高壓起爆器內(nèi)剩余的電荷放掉，否則時(shí)間長(zhǎng)了，對(duì)起爆器會(huì)有損壞或影響其性能。
[0047]圖4為在本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中對(duì)試塊外圍增加圍壓的示意圖。參看圖4 所示，在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，為了模擬深部巷道圍 巖的受力狀況，獲得爆炸動(dòng)載荷和靜載荷耦合加載作用下預(yù)置裂紋擴(kuò)展變化規(guī)律及深部巷 道周邊圍巖應(yīng)力應(yīng)變變化，在實(shí)驗(yàn)時(shí)需要在所述試塊外圍加設(shè)圍壓P，其包括在所述試塊外 圍加設(shè) 2Mpa、4 Mpa,6 Mpa,8 Mpa 或 10 Mpa 的圍壓。
[0048]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，采用圍壓加載裝置 84對(duì)所述試塊外圍加設(shè)圍壓。其中所述圍壓加載裝置包括:壓力加載單元，用于對(duì)所述試 塊外圍加設(shè)圍壓；壓力檢測(cè)單元，用于檢測(cè)和顯示所述壓力加載單元對(duì)所述試塊外圍加設(shè) 圍壓的大小。所述壓力加載單元可以采用液壓加載的方式模擬工程巖石的地應(yīng)力原巖狀 態(tài)，對(duì)試塊周?chē)釉O(shè)圍壓，具體可參看劉軍忠、許金余等人在2010年的《巖石力學(xué)與工程 的創(chuàng)新和實(shí)踐:第十一次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集》中所發(fā)表的論文《大直徑分 離式Hopkinson壓桿主動(dòng)圍壓加載試驗(yàn)技術(shù)》。
[0049]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，在對(duì)所述炸藥進(jìn)行 起爆的同時(shí)，可以采取多種技術(shù)手段對(duì)所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集。 下面對(duì)所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集所利用的技術(shù)手段進(jìn)行舉例說(shuō)明。
[0050]在一實(shí)施例中，在對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆的同時(shí)，采用利用透射式焦散線法的透射 式焦散線系統(tǒng)對(duì)所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集。即所述數(shù)據(jù)采集裝置 85包括:依次設(shè)置且中心在一條直線上的激光光源、擴(kuò)束鏡、場(chǎng)鏡組合、及高速攝影儀；所 述試塊支架設(shè)置在所述場(chǎng)鏡組合中。
[0051]透射式焦散線法的實(shí)驗(yàn)原理如下:
[0052](I)、焦散線法是利用純幾何光學(xué)的映射關(guān)系，將物體、特別是應(yīng)力集中區(qū)域的復(fù) 雜變形狀態(tài)，轉(zhuǎn)換或非常簡(jiǎn)單而清晰的陰影光學(xué)圖形——焦散線的一種實(shí)驗(yàn)方法。通過(guò)對(duì) 焦散線特征長(zhǎng)度的測(cè)量和簡(jiǎn)單的計(jì)算，就可以得到有關(guān)的力學(xué)參量。用焦散線法去測(cè)量動(dòng)、 靜態(tài)斷裂過(guò)程中的裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子，所利用的信息是從應(yīng)力場(chǎng)中非常接近裂紋尖 端的微小區(qū)域得到的，不需要對(duì)外荷載和邊條件的任何了解，也不想其它光力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法 那樣需要利用利用遠(yuǎn)場(chǎng)的應(yīng)力場(chǎng)和適當(dāng)?shù)牟逯倒?，因此這個(gè)方法的精度高，而且使用和 計(jì)算也都很簡(jiǎn)單。
[0053](2)、聞速攝影系統(tǒng)
[0054]用高速攝影系統(tǒng)記錄動(dòng)態(tài)過(guò)程有兩個(gè)要求:一是曝光時(shí)間要足夠短；另一個(gè)是要 求照明光足夠強(qiáng)，以保證拍攝圖像的底片上有足夠的曝光量。由于爆炸沖擊荷載下裂紋擴(kuò) 展速度較快，本實(shí)驗(yàn)采用Photron公司推出的FASTCAM SA5.高速攝影系統(tǒng)。
[0055]圖5為應(yīng)用于本實(shí)用新型實(shí)施例的透射式焦散線法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。參 看圖5所示，透射式焦散線法的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括:激光光源41、擴(kuò)束鏡42、場(chǎng)鏡43、模型試件 44、場(chǎng)鏡45及高速攝影儀46的中心在一條直線上。場(chǎng)鏡43和45構(gòu)成場(chǎng)鏡組合。焦散線 方法使用設(shè)備雖然簡(jiǎn)單，但系統(tǒng)的調(diào)整卻很繁瑣，而且為保證實(shí)驗(yàn)的精確，每次試驗(yàn)前都需 要對(duì)光路進(jìn)行檢查。其中，擴(kuò)束鏡42使激光均勻發(fā)散；場(chǎng)鏡43產(chǎn)生平行光；場(chǎng)鏡45將平行 光聚焦投射到高速攝影儀46上。在調(diào)整光路時(shí)，要使投射到場(chǎng)鏡43上的光強(qiáng)度及光場(chǎng)均 勻。[0056]在采用透射式焦散線法對(duì)所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集的實(shí) 施例中，采用數(shù)碼高速攝影儀46，對(duì)參考平面處的光強(qiáng)變化過(guò)程進(jìn)行拍攝，得到數(shù)碼焦散斑 照片。
[0057]為了避免實(shí)驗(yàn)儀器如透鏡和高速攝影儀等被爆炸后的碎塊所破壞，同時(shí)也要盡可 能的減少防護(hù)設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響。在爆破源與透鏡之間設(shè)置了 3毫米厚的無(wú)應(yīng)力 風(fēng)化玻璃。
[0058]在另一實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集裝置85包括:應(yīng)變片，所述應(yīng)變片粘貼在所述預(yù) 制裂紋的尖端附近；動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀，與所述應(yīng)變片相連，用于將應(yīng)變片的電阻變化信號(hào)轉(zhuǎn)換成 電壓信號(hào)并進(jìn)行放大，然后傳遞給記錄顯示儀；記錄顯示儀，與所述動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀相連，用于 記錄并顯示所述動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀傳遞的電壓信號(hào)。在對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆的同時(shí)，利用貼在所 述預(yù)制裂紋尖端處的應(yīng)變片及與所述應(yīng)變片相連的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，對(duì)所述模擬深部巷道 周邊的受力狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集的實(shí)驗(yàn)原理如下:
[0059](I)、電阻應(yīng)變測(cè)量原理
[0060]這種電測(cè)方法是通過(guò)電阻應(yīng)變片測(cè)定構(gòu)件的應(yīng)變，再根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系確定應(yīng)力 狀態(tài)。其中電阻應(yīng)變片的工作原理是基于導(dǎo)體的“電阻一應(yīng)變效應(yīng)”，也就是利用導(dǎo)體的電 阻隨機(jī)械變形而變化的物理性質(zhì)。
[0061](2)、電阻應(yīng)變片的選擇
[0062]由于本實(shí)驗(yàn)是測(cè)定在爆破荷載和圍壓共同作用下的構(gòu)件應(yīng)變，應(yīng)變變化頻率高 達(dá)幾千至幾兆赫，因此選用酚醛基底的箔式應(yīng)變片，根據(jù)試件尺寸及材料最終確定選用 101-BXl20-1AA型號(hào)的應(yīng)變片。
[0063](3)、應(yīng)變片的粘貼方法
[0064]用電測(cè)法測(cè)量應(yīng)變的重要一環(huán)是把應(yīng)變片牢固地粘貼在測(cè)點(diǎn)表面上，使應(yīng)變片能 夠隨試件一起變形。在常溫下，貼片分為以下幾步:
[0065](31)選片。
[0066](32)試件表面處理:用砂紙打磨應(yīng)變片粘貼位置，一是為了去除表面涂層、油污和 不平整，二是為了增加粘結(jié)力。最后用脫脂棉蘸酒精沿同一方向清洗貼片處。
[0067](33)貼片:采用502膠粘貼應(yīng)變片，因其固化很快，通常改為先將應(yīng)變片定位，然 后在應(yīng)變片底面滴一點(diǎn)502膠，用玻璃紙輕壓。
[0068](34)干燥固化。
[0069](35)接線:將導(dǎo)線與應(yīng)變片通過(guò)端子焊在一起，最后再用萬(wàn)用表檢查一下應(yīng)變片 的阻值(120 Q )。
[0070](36)應(yīng)變片的粘貼方案:圖6為本實(shí)用新型一實(shí)施例中應(yīng)變片在模擬深部巷道外 圍布置的結(jié)構(gòu)示意圖。參看圖6所示，由于實(shí)驗(yàn)主要是探究爆破震動(dòng)對(duì)深部巷道10周邊原 始裂紋的影響，應(yīng)變片9的粘貼主要在裂紋尖端附近。因?yàn)樵诒_擊波的作用下，在試件 中會(huì)先后產(chǎn)生拉壓應(yīng)變，同時(shí)在橫向也會(huì)有一定的應(yīng)變，由此粘貼應(yīng)變片時(shí)采用縱橫兩向 的粘貼。
[0071](4)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng):
[0072]在進(jìn)行動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變隨時(shí)間變化的特點(diǎn),所以除應(yīng)變儀外,還需 另配記錄顯示的裝置。由于該實(shí)驗(yàn)應(yīng)變變化頻率較高，為爆炸沖擊波產(chǎn)生的瞬態(tài)應(yīng)變，因此采用超動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀。超動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀是測(cè)量系統(tǒng)的核心部分，它將應(yīng)變片的電阻變化信 號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)并根據(jù)需要進(jìn)行放大，然后傳遞給記錄顯示儀器。它主要由三大部分，即 同步觸發(fā)部分，信號(hào)轉(zhuǎn)換及放大部分和應(yīng)變標(biāo)定部分。
[0073](5)、數(shù)據(jù)分析:
[0074]通過(guò)最終記錄的應(yīng)變波形了解爆破時(shí)深部巷道周邊圍巖受:力情況，研究對(duì)周邊圍 巖的損傷破壞。
[0075]由于上述實(shí)施例中粘貼應(yīng)變片時(shí)采用縱橫兩向的粘貼方式，因此所述利用貼在所 述預(yù)制裂紋尖端處的應(yīng)變片及與所述應(yīng)變片相連的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，對(duì)所述模擬深部巷道 周邊的受力狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集包括:利用橫向和縱向粘貼在所述預(yù)制裂紋尖端處的應(yīng)變片 及與所述應(yīng)變片相連的動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)試儀，對(duì)所述模擬深部巷道周邊的受力狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集。
[0076]進(jìn)一步地，該實(shí)施例中還可同時(shí)采用高速攝影技術(shù)研究爆破時(shí)深部巷道斷裂破壞 的整個(gè)過(guò)程，即用高速攝影儀對(duì)爆破時(shí)深部巷道裂紋起裂及擴(kuò)展過(guò)程中不同時(shí)刻裂紋尖端 的位置進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。
[0077]在又一實(shí)施例中，所述數(shù)據(jù)采集裝置85包括:聲發(fā)射傳感器，設(shè)置在所述預(yù)制裂 紋附近，用于對(duì)所述預(yù)制裂紋的聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集。
[0078]圖7為用于本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例的又一試塊結(jié)構(gòu)示意圖。參看圖7所示， 所述在對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆的同時(shí)，采用設(shè)置在所述預(yù)制裂紋附近的聲發(fā)射傳感器50對(duì) 所述預(yù)制裂紋30的聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集。試塊采用人造石板材料。
[0079]由于聲發(fā)射現(xiàn)象的發(fā)生可能是來(lái)自于圍壓，也可能來(lái)自于爆炸沖擊荷載，為了更 清楚的了解爆炸對(duì)深部巷道周邊巖石的聲發(fā)射現(xiàn)象，共進(jìn)行三組對(duì)比試驗(yàn):
[0080]當(dāng)僅加圍壓時(shí)，不斷改變圍壓大小，采用設(shè)置在所述預(yù)制裂紋附近的聲發(fā)射傳感 器對(duì)所述預(yù)制裂紋的聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；目的是觀測(cè)由于圍壓產(chǎn)生的聲發(fā)射；
[0081]當(dāng)不加圍壓時(shí)，采用設(shè)置在所述預(yù)制裂紋附近的聲發(fā)射傳感器對(duì)所述預(yù)制裂紋在 爆炸荷載作用下的聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；目的是觀測(cè)由于爆破產(chǎn)生的聲發(fā)射；
[0082]采用設(shè)置在所述預(yù)制裂紋附近的聲發(fā)射傳感器，對(duì)所述預(yù)制裂紋在先加圍壓，后 在爆炸荷載作用下的聲發(fā)射現(xiàn)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；目的是觀測(cè)圍壓和爆破綜合作用下的聲發(fā) 射現(xiàn)象。
[0083]下面對(duì)本實(shí)用新型用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，對(duì)采集 的所述模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行分析，獲得所述爆破對(duì)所述模擬深部巷道周邊損 傷的影響數(shù)據(jù)進(jìn)行舉例說(shuō)明。
[0084]在前述用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)分析裝置86 根據(jù)焦散線實(shí)驗(yàn)記錄下不同時(shí)刻裂紋尖端的位置，得到裂紋擴(kuò)展距離與時(shí)間的關(guān)系曲線， 并根據(jù)該關(guān)系曲線得出各個(gè)瞬時(shí)的裂紋擴(kuò)展速度。
[0085]此外，數(shù)據(jù)分析裝置86還能夠通過(guò)測(cè)量獲得擴(kuò)展裂紋尖端的焦散斑直徑；通過(guò)測(cè) 得的擴(kuò)展裂紋尖端的焦散斑直徑，確定不同時(shí)刻的動(dòng)態(tài)應(yīng)力強(qiáng)度因子并得出試件材料在裂 紋剛剛起裂擴(kuò)展時(shí)的臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子。應(yīng)力強(qiáng)度因子可反映不同時(shí)刻裂紋尖端的應(yīng)力集 中程度。
[0086]爆炸應(yīng)力場(chǎng)中爆炸應(yīng)力波分膨脹波和剪切波兩種，爆炸應(yīng)力波以這兩種體波形式向外傳播，膨脹波是一種壓縮波，在裂紋處產(chǎn)生壓縮或拉伸作用，而剪切波對(duì)介質(zhì)產(chǎn)生剪切作用，所以，在這兩種波的作用下，在介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生正應(yīng)力和剪應(yīng)力，即爆炸應(yīng)力是復(fù)合應(yīng)力場(chǎng)，在裂紋尖端產(chǎn)生的焦散線是復(fù)合型。
[0087]根據(jù)所述數(shù)據(jù)分析裝置86還能夠確定裂紋尖端的復(fù)合型裂紋動(dòng)態(tài)裂紋強(qiáng)度因子；其中，所述的復(fù)合型裂紋動(dòng)態(tài)裂紋強(qiáng)度因子根據(jù)下式確定:
【權(quán)利要求】
1.一種用于模擬深部巷道爆破誘發(fā)災(zāi)害的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括:試塊支架，用于放置或懸掛試塊；其中，所述試塊的局部位置處開(kāi)設(shè)有模擬深部巷道， 并在所述模擬深部巷道周邊的預(yù)定位置處形成有預(yù)制裂紋，在所述試塊上位于所述模擬深 部巷道外圍的預(yù)定位置處開(kāi)設(shè)有炮孔用于裝設(shè)炸藥；爆炸加載裝置，用于對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆；圍壓加載裝置，用于對(duì)放置或懸掛在所述試塊支架上的試塊外圍加設(shè)圍壓；數(shù)據(jù)采集裝置，用于在所述爆炸加載裝置對(duì)所述炸藥進(jìn)行起爆的同時(shí)，對(duì)所述試塊上 的模擬深部巷道周邊的損傷狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集；其中，所述數(shù)據(jù)采集裝置包括:依次設(shè)置 且中心在一條直線上的激光光源、擴(kuò)束鏡、場(chǎng)鏡組合、及高速攝影儀；所述試塊支架設(shè)置在 所述場(chǎng)鏡組合中；數(shù)據(jù)分析裝置，用于對(duì)所述數(shù)據(jù)采集裝置記錄下不同時(shí)刻裂紋尖端的位置，得到裂紋 擴(kuò)展距離與時(shí)間的關(guān)系曲線，并根據(jù)該關(guān)系曲線得出各個(gè)瞬時(shí)的裂紋擴(kuò)展速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述爆炸加載裝置包括:起爆器以及連接所述起爆器和炮孔中所裝炸藥的起爆導(dǎo)線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述圍壓加載裝置包括:壓力加載單元，用于對(duì)所述試塊外圍加設(shè)圍壓；壓力檢測(cè)單元，用于檢測(cè)和顯示所述壓力加載單元對(duì)所述試塊外圍加設(shè)圍壓的大小。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所述試塊為尺寸為 300mmX300mmX5mm的有機(jī)玻璃板，或尺寸為300mmX300mmX6mm的人造石板；所述模擬 深部巷道下部為40mm X 20mm的半矩形,上部為半徑20mm的半圓頂。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，在所述試塊的背面正對(duì)所述炮孔的 位置處粘貼一貼塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，所形成的每條預(yù)制裂紋各自由兩條 朝向不同方向彎曲的圓弧連接而成；形成所述預(yù)制裂紋的每條圓弧的半徑為3mm，弦長(zhǎng)為 2mm o
【文檔編號(hào)】G01N33/24GK203422372SQ201320510459
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年8月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月21日
【發(fā)明者】郭東明, 楊仁樹(shù), 劉康, 楊立云, 岳中文 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)