一種煤巖試件力學特性測試系統(tǒng)及其測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種力學特性測試系統(tǒng)及其測試方法，具體是一種煤巖試件力學特性 測試系統(tǒng)及其測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 巖樣試件力學特性測試是研宄礦山巖體穩(wěn)定性問題最基本的方法。礦山巖體發(fā)生 屈服破壞是受地應(yīng)力和采動應(yīng)力共同作用下的動力過程，實驗室條件下對采集巖樣試件進 行力學特性試驗參數(shù)測定并得出受壓狀態(tài)下裂隙動態(tài)演化特征，這對于礦山巖體穩(wěn)定性預(yù) 測預(yù)報具有重要指導(dǎo)意義。
[0003] 傳統(tǒng)的材料試件力學特性測試僅僅只是通過壓力試驗機對巖樣試件進行基本力 學參數(shù)的確定（如抗壓強度、抗剪強度等）和借助智能巖體穩(wěn)定性監(jiān)測技術(shù)獲得相關(guān)指標 特征（如聲發(fā)射、熱紅外等）。如譚志宏和唐春安等（2005)基于力學參數(shù)測試并結(jié)合紅 外熱像技術(shù)對缺陷花崗巖破壞過程中表面溫度變化進行了研宄。蔡美峰（2003)利用聲發(fā) 射監(jiān)測與力學試驗相結(jié)合方法，對混凝土材料進行了參量耦合分析。隨著實驗監(jiān)測技術(shù) 的不斷發(fā)展，人們對巖體穩(wěn)定性研宄進入了損傷領(lǐng)域的熱潮，巖體細觀損傷對其宏觀力學 行為的影響已經(jīng)成為礦山巖體損傷力學研宄的熱點，即從采集巖樣試件內(nèi)部微裂紋、空洞 等細觀尺度上研宄各類損傷的形態(tài)分布和演化特征。國內(nèi)外相關(guān)研宄成果中，Nicoletta Fusi (2013)通過對底孔隙度的碳質(zhì)鹽巖試件注入液態(tài)汞后使用CT掃描揭示了其內(nèi)部裂隙 三維空間分布特征；Suzanne Raynaud(2008)通過對Beaucaire泥灰?guī)r試樣進行單軸壓縮 實驗并進行CT掃描分研宄其變形過程；中國科學院王宇和李曉（2014)等通過CT測試方法 對巖土裂隙特征進行了分析；葛修潤（2000)院士通過CT掃描方法對巖石加載過程中細觀 損傷擴展規(guī)律進行了研宄，獲得了巖石破裂過程（微孔洞被壓密一微裂紋萌生一分叉一發(fā) 展一斷裂一破壞一卸載）中各階段清晰的CT圖像并基于CT數(shù)目建議了一個新的損傷變量 (損傷影響因子）。這些研宄成果中所提及的方法僅僅只是通過CT掃描技術(shù)對巖樣內(nèi)部裂 隙動態(tài)演化規(guī)律的揭示和破裂機理的研宄，而煤巖樣內(nèi)部裂隙的擴展表現(xiàn)為空間上的繁殖 和時間的延伸，假設(shè)通過特殊造影技術(shù)和多元指標監(jiān)測技術(shù)手段可獲得煤巖樣受載條件下 其內(nèi)部裂隙直觀清晰圖像的裂隙分布范圍和多元指標參量，這可為巖體工程穩(wěn)定性評價等 類似方面問題提供最可靠、最科學的理論指導(dǎo)。
[0004] 現(xiàn)有的煤巖樣力學特性測試僅僅為簡單的"應(yīng)力-應(yīng)變"、"應(yīng)力-溫度"、"應(yīng)力-損 傷"和"應(yīng)力-AE-應(yīng)變"耦合關(guān)系與指標的獲取，依據(jù)這些參量進行位移反分析，分形理論 實現(xiàn)煤巖體穩(wěn)定性預(yù)測，這些方法往往計算誤差較大、數(shù)據(jù)量大且計算過程較為繁瑣；依靠 單一或多指標參量并不能實現(xiàn)對巖體工程穩(wěn)定性問題的科學解算，準確的實驗數(shù)據(jù)、直觀 的影像分析和科學的理論計算成為實現(xiàn)煤巖體穩(wěn)定性預(yù)測預(yù)報的重要方法和途徑；現(xiàn)有的 煤巖體細觀損傷特性研宄中僅僅是借助CT掃描技術(shù)并配套獨立的力學試件加載平臺，進 而實現(xiàn)對巖樣試件內(nèi)部微裂紋等細觀尺度上的分析。由于CT掃描設(shè)備對微裂紋識別能力 的限度，缺乏相應(yīng)的造影增強功能，因此難以獲得較為清晰的影像圖像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種煤巖試件力學特性測試系統(tǒng)及其測試方法，以解決上 述【背景技術(shù)】中提出的問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] 一種煤巖試件力學特性測試系統(tǒng)，包括傳統(tǒng)力學特性測試、醫(yī)學影像和巖石破裂 智能監(jiān)測，所述傳統(tǒng)力學特性測試包括力學指標測試系統(tǒng)和液壓控制連續(xù)加載系統(tǒng)，所述 醫(yī)學影像包括X-光機掃描系統(tǒng)和增強影像系統(tǒng)，所述巖石破裂智能監(jiān)測包括聲發(fā)射監(jiān)測 系統(tǒng)和熱紅外監(jiān)測系統(tǒng)，所述X-光機掃描系統(tǒng)包括DR/CR影像設(shè)備和X-射線劑量儀，所述 增強影像系統(tǒng)包括造影劑注射器和毛細銅管，所述液壓控制連續(xù)加載系統(tǒng)包括液壓千斤頂 和小型液壓泵，所述力學指標測試系統(tǒng)包括輪輻壓力傳感器、應(yīng)變計和數(shù)碼顯示儀表，所述 聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)包括AE傳感器和數(shù)據(jù)采集主機，所述熱紅外監(jiān)測系統(tǒng)包括熱紅外感應(yīng)器， 將煤巖試件放置在液壓千斤頂上，液壓千斤頂通過油壓表連接到小型液壓泵，將泛影葡胺 注入造影劑注射器通過毛細銅管注射到煤巖試件內(nèi)，所述煤巖試件上端設(shè)置輪輻壓力傳感 器，所述輪輻壓力傳感器連接到數(shù)碼顯示儀表，所述數(shù)碼顯示儀表連接到應(yīng)變計，所述煤巖 試件周圍設(shè)置AE傳感器，AE傳感器連接到數(shù)據(jù)采集主機，所述熱紅外感應(yīng)器架設(shè)于煤巖試 件周邊0. 5m位置處，對煤巖試件表面溫度進行監(jiān)測，所述X-射線劑量儀連接DR/CR影像設(shè) 備，所述X-射線劑量儀通過接收器接收信息。
[0008] 所述的煤巖試件力學特性測試方法，集成傳統(tǒng)力學特性測試、醫(yī)學影像和巖石破 裂智能監(jiān)測三大技術(shù)為一體，具體包括以下步驟：
[0009] (1)開啟力學試驗平臺和DR/CR影像設(shè)備，同時檢查六大系統(tǒng)的正常運行；
[0010] ⑵將已加工好的煤巖試件置于力學試驗機載盤位置，并將AE傳感器與煤巖試件 固定；
[0011] ⑶注射造影劑，保證毛細銅管和試件中心孔充滿造影液，同時記錄注射劑量；
[0012] (4)進行一次DR/CR影像掃描并對初始數(shù)據(jù)進行記錄；
[0013] (5)對煤巖試件進行力學特性測試，控制加載速度為lmm/min，同時間隔20s即對 其它各指標進行一次記錄。
[0014] 作為本發(fā)明再進一步的方案：所述煤巖試件規(guī)格為：直徑為50mm，高度為100mm， 圓柱試件中心孔直徑3mm,孔深80mm。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：該系統(tǒng)具有體積小且便于移動的特點，造 價低；利用造影技術(shù)研發(fā)具有增強影像功能的造影系統(tǒng)，獲得的影像圖像清晰，而實現(xiàn)對巖 樣試件內(nèi)部微裂紋等細觀尺度上的分析，實驗數(shù)據(jù)更加精確；本發(fā)明設(shè)計新穎，構(gòu)造合理， 操作靈活簡易，具有很強的實用價值。采用傳統(tǒng)力學特性測試、醫(yī)學影像和巖石破裂智能監(jiān) 測綜合技術(shù)方法，針對煤巖試件力學特性測試問題，提出了多元指標參量內(nèi)容，尤其以DR/ CR影像指標提出為主要創(chuàng)新，這些指標參量可直接通過分形裂隙方程計算，進而實現(xiàn)對煤 巖體工程穩(wěn)定性評估。
【附圖說明】
[0016] 圖1為煤巖試件力學特性測試系統(tǒng)的技術(shù)路線圖。
[0017] 圖2為煤巖試件力學特性測試系統(tǒng)的系統(tǒng)測試原理圖。
[0018] 圖3為煤巖試件力學特性測試系統(tǒng)方法中流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0020] 請參閱圖1~3,本發(fā)明實施例中，一種