一種大尺度煤體非均布加載裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大尺度煤體非均布加載裝置，屬于工程機(jī)械中的試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域。該加載裝置可以依據(jù)煤體力學(xué)條件進(jìn)行大塊度煤體非均布動(dòng)態(tài)加載，真實(shí)仿真煤體在彈性、塑性狀態(tài)下的力學(xué)條件。其具體包括加載主框架、垂向加載單元和側(cè)向加載單元，大尺度煤體放置于加載主框架內(nèi)；垂向加載單元設(shè)置有五個(gè)獨(dú)立的加載點(diǎn)，并通過(guò)五個(gè)加載點(diǎn)對(duì)頂板施加不同的載荷，側(cè)向加載單元有兩個(gè)，分別位于左側(cè)板、右側(cè)板的兩側(cè)，兩側(cè)的側(cè)向加載單元通過(guò)所述的三個(gè)加載點(diǎn)對(duì)所述左側(cè)板、右側(cè)板施加不同的載荷。本實(shí)用新型非均布加載裝置可以實(shí)現(xiàn)不同硬度巖層的剪切試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室定量確定抗拉強(qiáng)度等力學(xué)特性。
【專利說(shuō)明】一種大尺度煤體非均布加載裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于工程機(jī)械中的試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種大尺度煤體非均布加載
>J-U ρ?α裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]煤礦開(kāi)采過(guò)程中煤體損傷破壞與應(yīng)力場(chǎng)演化是一個(gè)宏觀力學(xué)結(jié)構(gòu)體系，應(yīng)盡可能避免尺度效應(yīng)影響，同時(shí)要充分考慮應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)移過(guò)程中對(duì)煤體的影響因素，如:應(yīng)力場(chǎng)非均布性、載荷作用時(shí)間、圍壓影響等來(lái)真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)煤體力學(xué)條件，只有充分掌握應(yīng)力場(chǎng)分布特征、煤巖體性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特征，才能進(jìn)行合理的、切合實(shí)際的圍巖穩(wěn)定性、圍巖變形與破壞分析，進(jìn)而提出科學(xué)合理的災(zāi)害控制與防護(hù)措施設(shè)計(jì)。
[0003]目前煤體進(jìn)行力學(xué)性能加載實(shí)驗(yàn)時(shí),試件為小尺度樣品(50mmX100mm),加載設(shè)備為MTS伺服試驗(yàn)系統(tǒng)，主要對(duì)試樣加載過(guò)程中力學(xué)特性和聲發(fā)射特征進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析損傷破壞規(guī)律；但是在實(shí)際煤炭開(kāi)采過(guò)程中前方煤體在采動(dòng)應(yīng)力作用下，不同位置處的應(yīng)力分布不同，現(xiàn)有技術(shù)中的設(shè)備無(wú)法真實(shí)仿真煤體在彈性、塑性狀態(tài)下的力學(xué)條件。
[0004]綜上所述，急需一種大尺度煤體非均布加載裝置，為研究煤體破壞特征及“內(nèi)、夕卜應(yīng)力場(chǎng)”形成機(jī)理提供基礎(chǔ)試驗(yàn)研究條件。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]針對(duì)目前相關(guān)試驗(yàn)設(shè)備中存在的問(wèn)題，根據(jù)深部煤巖體所處環(huán)境的特殊性，本實(shí)用新型提出了一種大尺度煤體非均布加載裝置，該加載裝置可以依據(jù)煤體力學(xué)條件進(jìn)行大尺度煤體非均布動(dòng)態(tài)加載，試驗(yàn)試樣尺寸最大為“ 150mmX 150mmX 500mm” ；同時(shí)可以實(shí)施不同大小圍壓(O?20MPa)，真實(shí)仿真煤體在彈性、塑性狀態(tài)下的力學(xué)條件。
[0006]本實(shí)用新型技術(shù)方案包括:
[0007]一種大尺度煤體非均布加載裝置，包括垂向加載單元、側(cè)向加載單元和加載主框架，所述加載主框架包括頂板、左側(cè)板和右側(cè)板，所述頂板和左側(cè)板、右側(cè)板之間通過(guò)螺栓連接后固定在試驗(yàn)框架上，大尺度煤體放置于所述加載主框架內(nèi)，所述垂向加載單元位于頂板的上方，其設(shè)置有五個(gè)獨(dú)立的加載點(diǎn)，并通過(guò)所述的五個(gè)加載點(diǎn)對(duì)頂板施加不同的載荷，所述側(cè)向加載單元有兩個(gè)，分別位于左側(cè)板、右側(cè)板的兩側(cè)，兩側(cè)的側(cè)向加載單元分別設(shè)置有三個(gè)獨(dú)立的加載點(diǎn)，并通過(guò)所述的三個(gè)加載點(diǎn)對(duì)所述左側(cè)板、右側(cè)板施加不同的載荷。
[0008]優(yōu)選的，上述大尺度煤體尺寸最大值為“ 150mmX 150mmX 500mm”。
[0009]優(yōu)選的，上述垂向加載單元的最大加載載荷為4500kN，位于兩側(cè)側(cè)向加載單元上的加載點(diǎn)呈對(duì)稱設(shè)置，每側(cè)加載單元的最大加載載荷為1200kN。
[0010]本實(shí)用新型所帶來(lái)的有益技術(shù)效果:
[0011]本實(shí)用新型提供了一種大尺度煤體非均布加載裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，該加載裝置在頂板上方的垂向加載單兀布置有五個(gè)加載點(diǎn)，在側(cè)板左右兩側(cè)分別布置有三個(gè)加載點(diǎn)，每個(gè)加載點(diǎn)都是獨(dú)立設(shè)計(jì)的，可以通過(guò)調(diào)節(jié)頂板上方的加載點(diǎn)和左右兩側(cè)的加載點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的加載載荷，以實(shí)現(xiàn)煤體的非均布加載；依據(jù)煤體力學(xué)條件進(jìn)行非均布動(dòng)態(tài)加載，同時(shí)可以實(shí)施不同大小的圍壓，如圍壓范圍在O?20MPa，真實(shí)仿真煤體在彈性、塑性狀態(tài)下的力學(xué)條件；
[0012]本實(shí)用新型加載裝置的最大加載強(qiáng)度為60MPa，圍壓為20MPa，該裝置可以實(shí)現(xiàn)不同硬度巖層的剪切試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)室定量確定抗拉強(qiáng)度等力學(xué)特性；可以實(shí)現(xiàn)二維加載，實(shí)時(shí)采集應(yīng)力、位移等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以同時(shí)對(duì)多組煤體或充填體進(jìn)行試驗(yàn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步清楚、完整的說(shuō)明:
[0014]圖1為本實(shí)用新型加載裝置的縱向剖面圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型加載裝置的左側(cè)視圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型加載裝置的俯視圖；
[0017]圖中，1、大尺度煤體，2、側(cè)向加載單元，3、側(cè)板，4、垂向加載單元，5、頂板。

【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型公開(kāi)了一種大尺度煤體非均布加載裝置，為了使本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)、技術(shù)方案更加清楚、明確，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步清楚、完整的說(shuō)明。
[0019]本實(shí)用新型所指的大尺度煤體其尺寸最大為“150mmX 150mmX 500mm”,最小尺寸也大于現(xiàn)有技術(shù)中的尺寸即50mmX50mmX 100mm。
[0020]結(jié)合圖1、圖2、圖3所示，本實(shí)用新型，一種大尺度煤體非均布加載裝置，包括垂向加載單元4、側(cè)向加載單元2和加載主框架，加載主框架用于放置大尺度煤體I，也稱煤體試件，加載主框架是由底板、頂板5、側(cè)板3，即左側(cè)板和右側(cè)板組成的，其形狀為長(zhǎng)方體，大尺度煤體放置于加載主框架內(nèi)，頂板5、側(cè)板3均是由高剛度鋼板制成，頂板5和左側(cè)板、右側(cè)板之間通過(guò)螺栓連接后固定在試驗(yàn)框架上可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)盒系統(tǒng)拆卸和轉(zhuǎn)換；
[0021]上述垂向加載單元并列設(shè)置有五個(gè)加載點(diǎn)，其中，每個(gè)加載點(diǎn)均是獨(dú)立的，通過(guò)每個(gè)加載點(diǎn)都可以對(duì)頂板施加不同的載荷，側(cè)向加載單元有兩個(gè)，分別位于左側(cè)板、右側(cè)板的兩側(cè)，兩側(cè)的側(cè)向加載單元分別設(shè)置有三個(gè)獨(dú)立的加載點(diǎn)，兩側(cè)的側(cè)向加載單元通過(guò)其三個(gè)加載點(diǎn)對(duì)左側(cè)板、右側(cè)板施加不同的載荷。
[0022]上述垂向加載單元的最大垂直荷載為4500kN，法向加載油缸作動(dòng)器最大行程100_，精度±1% F.S ;左右側(cè)板處的側(cè)向加載單元包含6個(gè)加載點(diǎn)，分別是左側(cè)向加載單元3個(gè)加載點(diǎn)，右側(cè)向加載單元3個(gè)加載點(diǎn)，并且左、右兩側(cè)的加載點(diǎn)呈正交對(duì)稱布置，每側(cè)的側(cè)向加載單元最大水平荷載1200kN，側(cè)向加載油缸作動(dòng)器最大行程200mm，精度±1%F.S。
[0023]上述對(duì)頂板和左右側(cè)板施加不同的載荷，是通過(guò)調(diào)節(jié)加載點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，對(duì)于加載點(diǎn)的調(diào)節(jié)為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，當(dāng)然，與此大尺度非均布加載裝置配合使用的如液壓伺服系統(tǒng)、加載測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)字模擬控制系統(tǒng)也是公知常識(shí)，在此不做詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]本實(shí)用新型，大尺度煤體非均布加載裝置的使用方法包括:
[0025]第一步、大尺度煤體制備，首先在工作面煤壁采集完整大煤塊，例如尺寸為300mmX 300mm X 600mm,搬至室內(nèi)，在搬運(yùn)過(guò)程要輕拿輕放，盡可能保持煤樣的原始狀態(tài)；在室內(nèi)，沿煤塊層理方向切割成150mmX 150mmX 500mm大尺寸煤體，煤體6個(gè)側(cè)面采用雙面磨石機(jī)研磨，3個(gè)相鄰側(cè)面相互垂直，端面不平整程度小于0.1mm ；
[0026]第二步、大尺度煤體安裝，煤體在室內(nèi)干燥7天后，將煤體放置于上述加載裝置的加載主框架內(nèi)；
[0027]第三步、加載，根據(jù)試驗(yàn)安排，調(diào)節(jié)側(cè)向加載單元、垂向加載單元的載荷大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)大尺度煤體的非均布加載。
【權(quán)利要求】
1.一種大尺度煤體非均布加載裝置，包括垂向加載單元、側(cè)向加載單元和加載主框架，所述加載主框架包括頂板、左側(cè)板和右側(cè)板，所述頂板和左側(cè)板、右側(cè)板之間通過(guò)螺栓連接后固定在試驗(yàn)框架上，大尺度煤體放置于所述加載主框架內(nèi)，其特征在于:所述垂向加載單元位于頂板的上方，其設(shè)置有五個(gè)獨(dú)立的加載點(diǎn)，并通過(guò)所述的五個(gè)加載點(diǎn)對(duì)頂板施加不同的載荷，所述側(cè)向加載單元有兩個(gè)，分別位于左側(cè)板、右側(cè)板的兩側(cè)，兩側(cè)的側(cè)向加載單元分別設(shè)置有三個(gè)獨(dú)立的加載點(diǎn)，并通過(guò)所述的三個(gè)加載點(diǎn)對(duì)所述左側(cè)板、右側(cè)板施加不同的載荷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度煤體非均布加載裝置，其特征在于:所述大尺度煤體尺寸最大值為 “ 150mmX 150mmX 500mm”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大尺度煤體非均布加載裝置，其特征在于:所述垂向加載單元的最大加載載荷為4500kN，位于兩側(cè)側(cè)向加載單元上的加載點(diǎn)呈對(duì)稱設(shè)置，每側(cè)加載單元的最大加載載荷為1200kN。
【文檔編號(hào)】G01N3/08GK203981499SQ201420249892
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】文志杰, 賈傳洋, 文金浩, 安超, 蔣耀東, 王曉, 高浩政, 孟祥旭 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)