一種沖擊地壓/巖爆模擬仿真儲(chǔ)能-時(shí)間罐裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于室內(nèi)研究沖擊地壓/巖爆發(fā) 生過程反演、能量定量描述及機(jī)理研究的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 沖擊地壓/巖爆是巖石工程中圍巖體的突然破壞，并伴隨著巖體中應(yīng)變能的突然 釋放，是一種巖石破裂過程失穩(wěn)現(xiàn)象。這種現(xiàn)象包含兩個(gè)核心因素，一個(gè)是煤巖體積聚大量 的彈性變形勢(shì)能，一個(gè)是煤巖體彈性能突然猛烈的釋放，最終導(dǎo)致煤巖體弱勢(shì)區(qū)爆裂并彈 射出來。往往造成開挖工作面的嚴(yán)重破壞、設(shè)備損壞和人員傷亡，已成為巖石地下工程和巖 石力學(xué)領(lǐng)域的世界性難題。
[0003] 隨著開采深度增加，沖擊地壓/巖爆動(dòng)力災(zāi)害頻繁發(fā)生，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全和 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備正常工作造成嚴(yán)重影響，并易誘發(fā)瓦斯突出等嚴(yán)重二次災(zāi)害，故對(duì)沖擊地壓/巖 爆發(fā)生過程反演及機(jī)理研究及其重要。對(duì)沖擊地壓機(jī)理研究可從理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù) 值模擬三方面，首先理論方面提出各種理論包括能量理論、強(qiáng)度理論等，這些理論各有優(yōu)缺 點(diǎn)，但均不能包含煤巖體節(jié)理、裂隙和內(nèi)部構(gòu)造缺陷等。現(xiàn)場(chǎng)機(jī)理研究由于地質(zhì)條件的復(fù)雜 性、事故突發(fā)不可預(yù)見性、發(fā)生不可重復(fù)性和發(fā)生過程危險(xiǎn)性等，一般只能通過事故發(fā)生后 反推整個(gè)過程主控因素，由于太多不確定性因素，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生機(jī)理研究存在一定局限性。針對(duì) 上述研究缺陷，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究機(jī)理為一條合理可行思路。
[0004] 依據(jù)沖擊地壓/巖爆發(fā)生特點(diǎn)，在室內(nèi)真實(shí)反演沖擊地壓/巖爆發(fā)生過程所需考 慮問題包括，i加載裝置提供能量，使煤巖樣能積聚大量的彈性能，以模擬沖擊地壓/巖 爆能量積聚過程儲(chǔ)能體對(duì)接觸煤巖樣提供能量后，能保持穩(wěn)定性，外部圍巖能繼續(xù)向 內(nèi)部?jī)?chǔ)能體提供能量，致使破壞進(jìn)一步加劇，模擬沖擊地壓/巖爆發(fā)生過程能量傳遞特點(diǎn)； 議:記錄煤巖樣破壞瞬時(shí)所需時(shí)間，以研究沖擊地壓/巖爆能量釋放速度對(duì)破壞形式影響。 但是，目前還沒有設(shè)備綜合考慮到上述三個(gè)因素，故本發(fā)明針對(duì)定量描述和反演沖擊地壓/ 巖爆發(fā)生過程實(shí)驗(yàn)仿真起到突破性進(jìn)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種沖擊地壓/巖爆模擬仿真儲(chǔ)能-時(shí)間罐裝置，該裝置能 完成沖擊地壓/巖爆發(fā)生過程積聚彈性能的量化轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)沖擊地壓/巖爆機(jī)理研究將 有突破性進(jìn)展，并考慮了沖擊地壓發(fā)生能量和時(shí)間因素特性，能記錄彈性能積聚過程并記 錄彈性能釋放所需時(shí)間。
[0006] 所述沖擊地壓/巖爆中的"/"表示"或"的關(guān)系，所述儲(chǔ)能-時(shí)間罐裝置中的 表示"和"的關(guān)系。
[0007] 實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是： 一種沖擊地壓/巖爆模擬仿真儲(chǔ)能-時(shí)間罐裝置，它包括下加載油缸、上壓力傳感器、 下壓力傳感器、下儲(chǔ)能-時(shí)間罐、下剛性彈簧、下彈簧變形記量光碼器、下滾排、下內(nèi)部位移 回彈計(jì)時(shí)器、下柔性彈簧、煤巖試件、引伸計(jì)、下剛性壓板、上儲(chǔ)能-時(shí)間罐、長(zhǎng)剛性桿件、短 剛性桿件、45°卡盤、螺桿、上加載油缸、上位移記錄器、上滾排、上剛性彈簧、上彈簧變形記 量光碼器、上內(nèi)部位移回彈計(jì)時(shí)器、上柔性彈簧、上剛性壓板、下位移記錄器； 所述下儲(chǔ)能-時(shí)間罐和上儲(chǔ)能-時(shí)間罐的橫截面均為矩形，下儲(chǔ)能-時(shí)間罐的內(nèi)周四 壁均水平設(shè)有數(shù)個(gè)下滾排，所述上儲(chǔ)能-時(shí)間罐的內(nèi)周四壁均水平設(shè)有數(shù)個(gè)上滾排，下儲(chǔ) 能-時(shí)間罐內(nèi)設(shè)有下剛性彈簧、下彈簧變形記量光碼器、下內(nèi)部位移回彈計(jì)時(shí)器及四個(gè)下 柔性彈簧，所述下剛性彈簧設(shè)置在下儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)的中部，所述四個(gè)下柔性彈簧對(duì)稱設(shè) 置在下剛性彈簧的外側(cè)，下剛性彈簧以及四個(gè)下柔性彈簧的上端均與下剛性壓板連接，下 剛性彈簧以及四個(gè)下柔性彈簧的下端均與下儲(chǔ)能-時(shí)間罐連接，所述下剛性壓板與設(shè)置在 下儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)的下滾排接觸，所述下彈簧變形記量光碼器的上端與下剛性壓板連接， 下彈簧變形記量光碼器的下端與下儲(chǔ)能-時(shí)間罐連接，所述下內(nèi)部位移回彈計(jì)時(shí)器與下彈 簧變形記量光碼器及下儲(chǔ)能-時(shí)間罐連接； 上儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)設(shè)置有上剛性彈簧、上彈簧變形記量光碼器、下內(nèi)部位移回彈計(jì)時(shí) 器及四個(gè)上柔性彈簧，所述上剛性彈簧設(shè)置在上儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)的中部，所述四個(gè)上柔性 彈簧均布設(shè)置在上剛性彈簧的外側(cè)，上剛性彈簧以及四個(gè)上柔性彈簧的下端均與上剛性壓 板連接，上剛性彈簧以及四個(gè)上柔性彈簧的上端均與上儲(chǔ)能-時(shí)間罐連接，所述上剛性壓 板與設(shè)置在上儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)的上滾排接觸，所述上彈簧變形記量光碼器的下端與上剛性 壓板連接，上彈簧變形記量光碼器的上端與上儲(chǔ)能-時(shí)間罐連接，所述上內(nèi)部位移回彈計(jì) 時(shí)器與上彈簧變形記量光碼器及上儲(chǔ)能-時(shí)間罐連接； 所述下剛性壓板的上表面以及上剛性壓板的下表面中部分別設(shè)有煤巖試件放置凹槽， 所述下剛性壓板的煤巖試件放置凹槽與上剛性壓板的煤巖試件放置凹槽正對(duì)設(shè)置，下剛性 壓板的上表面設(shè)置有引伸計(jì)放置槽，所述引伸計(jì)的四個(gè)長(zhǎng)剛性桿件和四個(gè)短剛性桿件的下 端分別連接應(yīng)變片，引伸計(jì)的四個(gè)長(zhǎng)剛性桿件的下端和四個(gè)短剛性桿件的下端均固定在下 剛性壓板的引伸計(jì)放置槽內(nèi)，引伸計(jì)的四個(gè)長(zhǎng)剛性桿件的上端與上剛性壓板下端設(shè)有的 45°卡盤相接觸；引伸計(jì)的四個(gè)短剛性桿件側(cè)壁的頂端分別設(shè)有螺孔，所述螺桿與螺孔螺 紋連接； 所述下儲(chǔ)能-時(shí)間罐的下端與下壓力傳感器連接，所述下壓力傳感器與下加載油缸的 活塞桿連接；所述上剛性壓板的上端與上儲(chǔ)能-時(shí)間罐的下端連接，所述上儲(chǔ)能-時(shí)間罐的 上端與上壓力傳感器連接，所述上壓力傳感器與上加載油缸的活塞桿連接；所述上位移記 錄器設(shè)置在上加載油缸外部，且上位移記錄器與上加載油缸的缸體和活塞桿連接；所述下 位移記錄器設(shè)置在下加載油缸外部，且下位移記錄器與下加載油缸的缸體和活塞桿連接。
[0008] 本發(fā)明的效果是： a、兩個(gè)儲(chǔ)能-時(shí)間罐均采用加載油缸推動(dòng)儲(chǔ)能，加載油缸配備位移計(jì)量系統(tǒng)。進(jìn)行沖 擊地壓仿真實(shí)驗(yàn)，通過壓力機(jī)載荷-位移曲線獲取總能量，兩個(gè)儲(chǔ)能-時(shí)間罐獲取剛性壓板 儲(chǔ)存能量，引伸計(jì)獲取煤巖試件變形存儲(chǔ)能量，煤巖樣破壞瞬時(shí)，內(nèi)部位移回彈計(jì)時(shí)器測(cè)定 彈簧能量釋放時(shí)間。
[0009] b、通過兩個(gè)豎直方向設(shè)置的加載油缸對(duì)煤巖試件進(jìn)行單軸加載試驗(yàn)操作。煤巖試 件的上下端面均通過兩個(gè)剛性壓板(校準(zhǔn))為煤巖試件施加載荷，加載過程中，儲(chǔ)能-時(shí)間罐 內(nèi)的彈簧不斷被壓縮儲(chǔ)存彈性能。設(shè)置在儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)部四周的滾排不僅能減少剛性壓 板硬摩擦，也可進(jìn)行偏心校準(zhǔn)。應(yīng)用電液伺服系統(tǒng)對(duì)應(yīng)力控制失穩(wěn)瞬時(shí)的壓力捕捉功能，以 模擬沖擊地壓/巖爆發(fā)生瞬時(shí)破壞后圍巖載荷的瞬時(shí)能量追加，使得破壞程度加劇。由于 儲(chǔ)能-時(shí)間罐內(nèi)部設(shè)置了剛性彈簧，以模擬兩個(gè)剛性壓板積聚彈性能過程，并在破壞瞬間 釋放給煤巖試件。
[0010] c、引伸計(jì)可分別進(jìn)行煤巖試件高精度軸向和徑向變形測(cè)定，軸向變形測(cè)定通過引 伸計(jì)的四個(gè)長(zhǎng)剛性桿件下部連接應(yīng)變片，上部連接45°卡盤，通過所述長(zhǎng)剛性桿件變形計(jì) 算得到煤巖試件軸向變形。徑向變形測(cè)定通過引伸計(jì)的四個(gè)短剛性桿件下部連接應(yīng)變片， 所述四個(gè)短剛性桿件端部均設(shè)置螺孔，四個(gè)螺桿與四個(gè)螺孔螺紋連接，四個(gè)螺桿與煤巖試 件接觸，螺桿和短剛性桿件一體變形，通過計(jì)算機(jī)后臺(tái)計(jì)算得到煤巖樣件徑向變形。
[0011] d、內(nèi)部位移回彈計(jì)時(shí)器固定在彈簧變形記量光碼器外側(cè)，剛性彈簧壓縮變形過程 中不記錄數(shù)據(jù)，煤巖樣