本發(fā)明涉及破巖試驗(yàn)設(shè)備，具體涉及一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)及其試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、巖石對(duì)加熱反應(yīng)很大程度上取決于巖石的性質(zhì)和加熱條件。快速加熱對(duì)于強(qiáng)度和熱彈性好的巖石能引起巖石表面的熱剝落。由于組成巖石的各種礦物顆粒的熱膨脹系數(shù)不同，在加熱或冷卻過(guò)程中，在巖石內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，同時(shí)積攢熱彈性變形能。這種受熱過(guò)程所積攢的彈性能便是巖石顆粒結(jié)構(gòu)間發(fā)生微構(gòu)造破裂的基本條件。適當(dāng)?shù)募訜?，即使溫度只?00℃以上，也能引起巖石的內(nèi)裂及表面破壞。巖石的這種熱力弱化特性可使巖石發(fā)生進(jìn)一步的破裂傳播，如同時(shí)施加破壞所需的外力，就會(huì)快速破碎巖石，提高破巖效率。

2、中國(guó)專利cn114264568a就公開了一種基于激光熔融-過(guò)冷液體射流的交變破巖試驗(yàn)系統(tǒng)，包括箱體、儀器安裝臺(tái)、溫度監(jiān)測(cè)裝置和圖像監(jiān)測(cè)裝置，當(dāng)需要對(duì)巖石試樣進(jìn)行高低溫交變破壞時(shí)，打開激光器和噴嘴的開關(guān)，使激光器發(fā)射激光以及使噴嘴噴出過(guò)冷液體，對(duì)巖石試樣進(jìn)行交變破壞，并記錄巖石試樣的溫度后，獲取巖石試樣被破壞后的圖像，但是，使用該系統(tǒng)難以開展對(duì)截齒破巖參數(shù)的定量分析及其優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3、基于此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)及其試驗(yàn)方法以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)及其試驗(yàn)方法。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，包括鋼結(jié)構(gòu)框架；

4、所述鋼結(jié)構(gòu)框架由底座和固定安裝在底座頂部的支架構(gòu)成，底座頂部設(shè)置有伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)，伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊上固定安裝有工裝板；所述工裝板上固定安裝有安裝塊；安裝塊上端開設(shè)有用于放置巖樣的試驗(yàn)槽；所述試驗(yàn)槽設(shè)置為半圓柱形，所述工裝板上開設(shè)有用于放置巖樣的試驗(yàn)槽；

5、所述支架上沿支架長(zhǎng)度方向設(shè)置有三個(gè)伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)，并且由左至右在三個(gè)伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊上依次固定安裝有加熱處理組件、回溫處理組件和切屑破巖組件；每個(gè)伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊下側(cè)均固定安裝有溫度監(jiān)測(cè)組件；

6、所述切屑破巖組件包括壓力傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒座和截齒，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和壓力傳感器分別固定安裝在伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊的上下兩側(cè)，齒座與壓力傳感器接觸連接，并且驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端與齒座固定連接；齒座下側(cè)固定安裝有截齒。

7、優(yōu)選的：所述試驗(yàn)槽設(shè)置為半圓柱形，試驗(yàn)槽的規(guī)格設(shè)置為內(nèi)徑一百毫米，長(zhǎng)度五十毫米，高度四十五毫米。

8、優(yōu)選的：巖樣的規(guī)格設(shè)置為直徑一百毫米，長(zhǎng)度五十毫米。

9、優(yōu)選的：所述加熱處理組件設(shè)置為空氣-甲烷燃燒器。

10、優(yōu)選的：所述回溫處理組件設(shè)置為液氮制冷器。

11、優(yōu)選的：所述溫度監(jiān)測(cè)組件設(shè)置為紅外攝像機(jī)。

12、優(yōu)選的：所述支架為鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制件。

13、為了更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明還提供了一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法，包括以下步驟：

14、步驟一：將巖樣水平放置在工裝板的試驗(yàn)槽內(nèi)，巖樣會(huì)在試驗(yàn)槽上部露出一部分，隨后使用鋼板壓在巖樣上部?jī)蓚?cè)，擰緊螺絲將巖樣固定；

15、步驟二：在齒座內(nèi)插入截齒，并調(diào)節(jié)截齒的進(jìn)攻角(α,°)和側(cè)傾角(θ,°)；

16、步驟三：設(shè)定加熱處理組件和回溫處理組件對(duì)巖樣的調(diào)溫強(qiáng)度(ttemp,℃)、時(shí)間(t,s)以及周期(ttest,s)；設(shè)定切屑破巖組件的破巖參數(shù)：切削深度(d,m)、切削速率(v,m/s)以及測(cè)試距離(l,m)；

17、步驟四：伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)通過(guò)工裝板將巖樣移送至火焰槍正下方，火焰槍噴嘴向巖樣噴出火焰射流對(duì)巖樣加熱，同步開啟紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖樣表面溫度，確定加熱后的峰值溫度；

18、步驟五：伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)通過(guò)工裝板將巖樣移動(dòng)至液氮槍正下方，液氮槍噴嘴向巖樣噴出低溫射流對(duì)巖樣回溫，同步開啟紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖樣表面溫度，確定冷卻后的溫度；

19、步驟六：伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)通過(guò)工裝板將巖樣移送至截齒正下方，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)齒座帶動(dòng)截齒轉(zhuǎn)動(dòng)，伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)帶動(dòng)截齒豎直下移向巖樣推進(jìn)，對(duì)巖樣機(jī)械切屑破巖試驗(yàn)，同步開啟紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖樣表面溫度；破巖過(guò)程中，通過(guò)壓力傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)截齒受力情況，繪制豎向刺入力(fn,n)-深度(d,m)曲線，水平切屑力(fs,n)-水平位移(l,m)曲線，并計(jì)算破巖后切屑力所作的功(w,j)；

20、

21、步驟七：同步開啟紅外攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)巖樣表面溫度，紅外攝像機(jī)在升溫/回溫/切屑過(guò)程中同步采集的巖石表面溫度，軟件可將溫度圖像處理成沿水平位移方向的溫度(ttemp,℃)-時(shí)間(t,s)曲線，并確定峰值溫度；

22、步驟八：試驗(yàn)結(jié)束后取下巖樣，使用電子顯微鏡對(duì)巖石表面進(jìn)行掃描，測(cè)量剝落巖屑的體積(v,m3)，計(jì)算截齒線性切屑比能(se,j/m3)，即破碎單位體積巖石所需要的能量，比能越小，表示破巖效率越高；

23、

24、步驟九：調(diào)整伺服水平模組，可在同一個(gè)巖樣上開展多陣列線性切屑測(cè)試；

25、此外，步驟五可選擇液氮槍回溫或自然回溫；步驟四和步驟五和反復(fù)進(jìn)行，以分析高低溫循環(huán)溫度對(duì)破巖效果的影響。

26、本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果為：

27、在本發(fā)明中，通過(guò)各部件的配合工作使得該試驗(yàn)機(jī)可滿足常溫破巖，高溫破巖和高低溫循環(huán)破巖等多種測(cè)試，以及開展對(duì)不同破巖參數(shù)的研究，對(duì)破巖效果進(jìn)行定量分析以及對(duì)比分析，為優(yōu)化截齒破巖效率提供試驗(yàn)支持；

28、在本發(fā)明中，該試驗(yàn)機(jī)通過(guò)對(duì)原位或全尺寸破巖測(cè)試設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)縮尺設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)截齒破巖的小型化研究，有效降低了試驗(yàn)成本。同時(shí)，該試驗(yàn)設(shè)備交互性強(qiáng)，試驗(yàn)結(jié)果直觀，使用更加方便。

技術(shù)特征：

1.一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，包括鋼結(jié)構(gòu)框架(100)，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述試驗(yàn)槽(230)設(shè)置為半圓柱形，試驗(yàn)槽(230)的規(guī)格設(shè)置為內(nèi)徑一百毫米，長(zhǎng)度五十毫米，高度四十五毫米。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，巖樣的規(guī)格設(shè)置為直徑一百毫米，長(zhǎng)度五十毫米。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述加熱處理組件(500)設(shè)置為空氣-甲烷燃燒器。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述回溫處理組件(600)設(shè)置為液氮制冷器。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述溫度監(jiān)測(cè)組件設(shè)置為紅外攝像機(jī)(400)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)，其特征在于，所述支架(120)為鋼結(jié)構(gòu)預(yù)制件。

8.一種如權(quán)利要求7所述的全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)的試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種全自動(dòng)高溫破巖試驗(yàn)機(jī)及其試驗(yàn)方法，屬于破巖試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，包括鋼結(jié)構(gòu)框架；底座頂部設(shè)置有伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)，伺服平面移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊上固定安裝有工裝塊；支架上沿支架長(zhǎng)度方向設(shè)置有三個(gè)伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)，并且由左至右在三個(gè)伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊上依次固定安裝有加熱處理組件、回溫處理組件和切屑破巖組件；每個(gè)伺服豎向移動(dòng)滑臺(tái)的滑塊下側(cè)均固定安裝有溫度監(jiān)測(cè)組件；切屑破巖組件包括壓力傳感器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒座和截齒。通過(guò)上述方式，通過(guò)各部件的配合工作使得該試驗(yàn)機(jī)可滿足常溫破巖，高溫破巖和高低溫循環(huán)破巖等多種測(cè)試，以及開展對(duì)破巖參數(shù)的定量分析。試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，易于調(diào)試。

技術(shù)研發(fā)人員：張廣哲,盛志強(qiáng),陳墨華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：建研地基基礎(chǔ)工程有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5