模拟构造应力影响下冲击地压试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，属于岩体工程试验设备技术领域。其解决了现有技术中的试验装置不能够模拟构造应力影响下的侧向冲击地压发生机理这一技术问题。该试验装置包括试件、用于放置试件的试件盒、以及加载在试件盒上的上、下加载单元，左、右加载单元和前、后加载单元，其中左加载单元包括冲击重块、提升装置、导向杆、冲击底座、翘杆和加载装置，通过提升装置向冲击重块提供竖向应力，翘杆将竖向应力转化为试件的侧向力，来模拟试件受构造应力影响下发生冲击地压，本发明试验装置使得冲击地压试验更接近于自然状况。
【专利说明】
模拟构造应力影响下冲击地压试验装置
技术领域
[0001]本发明涉及岩体工程试验设备技术领域，具体涉及一种模拟构造应力影响下冲击地压试验装置。【背景技术】
[0002]冲击地压，是一种煤、岩体中聚积的弹性变形势能在一定条件下的突然猛烈释放， 导致煤、岩体爆裂并弹射出来的现象，并在破坏过程中受到围岩的进一步快速挤压作用，瞬时释放巨大能量。常伴有巨大声响和岩体震动，经常造成支架折损、片帮冒顶、巷道堵塞、人员伤亡，对安全生产威胁巨大。
[0003]研究冲击地压发生规律，不仅要通过理论分析、现场观测，更要通过模拟实验来探索其本质规律。冲击地压动力源应力基础分为重力应力和构造应力，传统冲击地压模拟试验装置仅能模拟重力影响下的冲击地压(竖向冲击)发生机理，并不能够模拟构造应力影响下的冲击地压(侧向冲击)发生机理。另外，冲击地压模拟试验中另一难题是在煤、岩试件受到冲击破坏的过程中围压很难继续保持，也就是存在“支承效应”的问题。
【发明内容】
[0004]为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，可以模拟构造应力影响下试件承受冲击荷载，并在试件破坏过程中迅速补充能量。
[0005]其技术解决方案包括:
[0006]—种模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其包括六面体试件、用于放置试件的试件盒、以及加载在所述试件盒六个面上的的上、下向加载单元，左、右加载单元和前、后加载单元，
[0007]所述左加载单元用来模拟所述试件受构造应力影响下发生的冲击地压，其包括冲击重块、提升装置、导向杆、冲击底座、翘杆和加载装置，冲击重块套在所述导向杆上，并与所述导向杆之间形成滑动连接，所述提升装置与所述冲击重块的顶部连接，以控制所述冲击重块的上升或下降，下降后的冲击重块落在所述冲击底座上，所述冲击底座连接所述翘杆；
[0008]所述加载装置包括加载架、加载油缸和强力弹簧，所述加载架的主框架是由两个面积不同的矩形板平行排布而成，其中，面积小的矩形板在靠近所述试件盒的一侧，在面积大的矩形板的中心处设置有通孔，在所述通孔外围设置有若干个圆孔，所述加载油缸连接有两个加载杆，所述翘杆与其中一个加载杆连接，另一个加载杆穿过所述通孔并贴合在面积小的矩形板外侧，在每个圆孔上安装有紧固螺栓，所述强力弹簧的一端粘贴在面积小的矩形板内侧，另一端贴合在所述试件盒上。
[0009]上述技术方案中，通过提升装置控制冲击重块的上升或下降，在冲击重块下降后， 利用翘杆原理将垂向的冲击力传递至试件的侧向，相当于巧妙的将垂向力转变为侧向力，模拟了构造应力影响下试件承受的冲击荷载。
[0010]作为本发明的一个优选方案，在靠近上述左加载单元的试件盒的端面上焊接有端盖，上述端盖为回型板结构。[〇〇11]作为本发明的另一个优选方案，上述翘杆斜向设置，在上述翘杆的底部设置有翘杆支撑座，上述翘杆与加载杆通过连接头连接。
[0012]优选的，上述上、下加载单元，前、后加载单元和右加载单元均包括加载油缸和与所述加载油缸连接的加载杆，所述加载杆贴合在试件盒上。
[0013]优选的，上述提升装置包括马达、马达轴和绞盘，上述绞盘套在上述马达轴上，上述绞盘上缠绕有绳索，上述绳索的另一头与上述冲击重块的顶部连接。
[0014]优选的，上述马达配设有马达底座，上述马达轴配设有马达轴支撑座，上述绳索是由钢材料制成的。
[0015]优选的，上述试件盒与上、下加载单元，左、右加载单元和前、后加载单元中的加载杆贴合处均设置有加载垫块。
[0016]优选的，上述试件盒的底部固定在试件盒支撑架上，上述试件盒支撑架下方为底座板。
[0017]优选的，上述加载垫块为刚性材质制成。
[0018]本发明所带来的有益技术效果:
[0019]本发明利用冲击重块下落的重力，再结合翘杆原理，将竖直方向的冲击力转变为侧向的冲击力，与直接进行侧向冲击相比，在实现条件上要简单，比如如果使用侧向冲击， 需要设置侧向冲击装置，并且该装置需单独设置储能装置，实现起来较为复杂。实现竖向冲击力起决定性作用的是冲击重块和翘杆机构。通过上下、前后、左右加载单元，对试件进行预加载，其中左加载单元的弹簧上紧紧固螺栓即可进行加载，预加载使得试件达到初始高应力状态，然后冲击重块的冲击力传递至试件，对试件进行冲击，试件收到冲击后发生破坏，而此时加载杆不再能够及时对试件进补充加载，这时，由于左侧弹簧具有弹性，所以能够及时进行补充加载。
[0020]在左加载单元中，通过翘杆原理将提升装置提供给冲击重块的竖直方向的冲击力传递至试件的侧向，用来模拟试件受构造应力影响下发生冲击地压;通过加载油缸和强力弹簧对试件施加压力，使其处于高应力状态下，通过冲击重块对试件施加侧向冲击荷载，由于强力弹簧具有高能量弹性，不会像常规刚性立柱一样对冲击荷载造成支撑效应影响，实现了让试件在持续荷载条件下承受冲击荷载的目标;试件在高应力及冲击扰动条件下破坏，其强度降低并发生一定压缩破坏，在这个过程中强力弹簧瞬间膨胀伸长，对试件迅速进行补充加载，即补充能量，模拟了外部围岩对煤岩体的进一步挤压做功，使得冲击地压试验更接近于自然状况。【附图说明】
[0021]下面结合附图对本发明做进一步说明:
[0022]图1为本发明拟构造应力影响下冲击地压试验装置主视图；[〇〇23]图2为本发明拟构造应力影响下冲击地压试验装置正视图；
[0024]图3为左加载单元中加载装置部分示意图；
[0025]图中，1、冲击重块，2、马达，3、绞盘，4、马达轴，5.马达轴支撑座，6、绳索，7、马达底座，8、导向杆，9、试件盒框架，10、前后加载垫块，11、上下加载垫块，12、左右加载垫块，13、 试件，14、前后加载油缸，15、前后支撑板，16、前后支撑柱，17、上下加载油缸，18、上支撑板，19、上下支撑柱，20、冲击底座，21、翘杆，22、翘杆支撑座，23、连接头，24、左加载杆，25、左加载杆支撑座，26、加载架，27、强力弹簧，28、端盖，29、右加载油缸，30、右支撑板，31、试件盒支撑架，32、底座板。【具体实施方式】
[0026]本发明提出了一种模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。
[0027]本发明，模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，结合图1和图2所示，具体包括六面体的试件盒、六面体的试件13和加载机构，试件盒外套有试件盒框架9,加载机构对试件盒的上、下、左、右、前、后六个面施加载荷，即分别为前后、左右、上下加载，其中，前后加载单元包括前后加载油缸14、前后支撑板15和前后支撑柱16,加载油缸14连接的加载杆贴合在试件盒表面，在贴合处设置有前后加载垫块10,上下加载单元包括上下加载油缸17、上支撑板18和上下支撑柱19,与加载油缸17连接的加载杆与试件盒的贴合处设置有上下加载垫块11，即通过前后加载单元和上下加载单元作用在试件盒上，完成对试件13的前后、上下加载，优选试件13整体为梯形结构。
[0028]结合图1和图3所示，左加载单元作为本发明的主要改进点，它可以模拟试件13受构造应力影响下发生冲击地压，左加载单元包括冲击重块1、提升装置、导向杆8、冲击底座20、翘杆21和加载装置，冲击重块1带孔，它套在导向杆8上，可沿着导向杆8进行上下滑动， 冲击重块1的顶部吊在提升装置上，通过提升装置控制，冲击重块1可沿导向杆8上下滑动， 导向杆8也可以防止冲击重块1在下落的过程中发生较大的偏移，下降后的冲击重块落在冲击底座20上，冲击底座连接翘杆21，翘杆21斜向设置，在其底部安设有翘杆支撑座22;试件盒的左右两侧分别设置有左右加载垫块12,在靠近左加载单元的试件盒的端面上焊接有呈回型板结构的端盖28,目的在于增加紧固螺栓的紧固行程。[〇〇29]加载装置包括加载架26、左加载油缸和强力弹簧27,加载架26的主框架是由两个面积不同的矩形板平行排布而成，其中，面积小的矩形板在靠近试件盒的一侧，在面积大的矩形板的中心处设置有通孔，在通孔外围设置有若干个圆孔，加载油缸两端分别连接有两个左加载杆24,左加载杆24安设在用于对它进行固定的左加载杆支撑座25,翘杆21通过连接头23与其中的一个左加载杆连接，另一个左加载杆穿过通孔并贴合在面积小的矩形板外侦I在每个圆孔上安装有紧固螺栓，强力弹簧27的一端粘贴在面积小的矩形板内侧，另一端贴合在试件盒上，试件左右方向加载时，左侧拧动紧固螺栓使得加载架26顶紧强力弹簧27， 通过左加载垫块对试件进行左侧加压，试件右侧通过右加载油缸加压所述强力弹簧的一端粘贴在面积小的矩形板内侧，另一端贴合在试件盒上，由于强力弹簧具有高能量弹性，不会像常规刚性立柱一样对冲击荷载造成支撑效应影响，实现了让试件在持续荷载条件下承受冲击荷载的目标;右加载单元包括右加载油缸29、与该右加载油缸29连接的右加载杆和右支撑板30。
[0030] 提升装置包括马达2、马达轴4和绞盘3,马达轴4直接与马达2连接，马达下方配设马达底座7,马达轴配设有马达轴支撑座5,绞盘3套在马达轴上，绞盘上缠绕有由钢材料制成的绳索6,绳索6的另一头与冲击重块1的顶部连接，通过马达提供动力使得绞盘3旋转，通过收放绳索6，从而控制绳索6下部的冲击重块上升或下降。
[0031]试件13整体优选为梯形结构，试件盒的底部固定在试件盒支撑架31上，试件盒支撑架下方为底座板32,在试件盒上下、左右、前后面上的加载垫块优选为刚性材质制成。
[0032]下面结合具体的试验方法对本发明做进一步说明。[〇〇33]本发明构造应力影响下冲击地压试验方法，包括以下步骤:
[0034]1)将制作的试件放入试件盒中，安装试件盒就位，分别安装上。下加载单元，左、右加载单元和前、后加载单元；
[0035]2)通过前后加载油缸、上下加载油缸、加载架和强力弹簧、右加载油缸对试件加载，使试件达到要求的应力状态，然后保持；
[0036]3)调整冲击重块的高度和重量，然后释放冲击重块，对试件进行冲击；
[0037]4)提起冲击重块，卸去加载压力，卸开试件盒，取出试件，记录分析试件的破坏情况。[〇〇38]需要说明的是，本发明中的提供竖直方向冲击力的冲击重块与提升装置，还可用如冲击力锤体等来代替，本领域技术人员在本发明的启示下所做的常规或等同替换，均应在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其包括六面体试件、用于放置试件的 试件盒、以及加载在所述试件盒六个面上的上、下、左、右和前、后加载单元，其特征在于:所述左加载单元用来模拟所述试件受构造应力影响下发生的冲击地压，其包括冲击重 块、提升装置、导向杆、冲击底座、翘杆和加载装置，冲击重块套在所述导向杆上，并与所述 导向杆之间形成滑动连接，所述提升装置与所述冲击重块的顶部连接，以控制所述冲击重 块的上升或下降，下降后的冲击重块落在所述冲击底座上，所述冲击底座连接所述翘杆；所述加载装置包括加载架、加载油缸和强力弹簧，所述加载架的主框架是由两个面积 不同的矩形板平行排布而成，其中，面积小的矩形板在靠近所述试件盒的一侧，在面积大的 矩形板的中心处设置有通孔，在所述通孔外围设置有若干个圆孔，所述加载油缸连接有两 个加载杆，所述翘杆与其中一个加载杆连接，另一个加载杆穿过所述通孔并贴合在面积小 的矩形板外侧，在每个圆孔上安装有紧固螺栓，所述强力弹簧的一端粘贴在面积小的矩形 板内侧，另一端贴合在所述试件盒上。2.根据权利要求1所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:在靠近 所述左加载单元的试件盒的端面上焊接有端盖，所述端盖为回型板结构。3.根据权利要求1所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:所述翘 杆斜向设置，在所述翘杆的底部设置有翘杆支撑座，所述翘杆与加载杆通过连接头连接。4.根据权利要求1所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:所述 上、下加载单元，前、后加载单元和右加载单元均包括加载油缸和与所述加载油缸连接的加 载杆，所述加载杆贴合在试件盒上。5.根据权利要求1所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:所述提 升装置包括马达、马达轴和绞盘，所述绞盘套在所述马达轴上，所述绞盘上缠绕有绳索，所 述绳索的另一头与所述冲击重块的顶部连接。6.根据权利要求5所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:所述马 达配设有马达底座，所述马达轴配设有马达轴支撑座，所述绳索是由钢材料制成的。7.根据权利要求1-6任一项所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在 于:所述试件盒与上、下加载单元，左、右加载单元和前、后加载单元中的加载杆贴合处均设 置有加载垫块。8.根据权利要求7所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:所述试 件盒的底部固定在试件盒支撑架上，所述试件盒支撑架下方为底座板。9.根据权利要求7所述的模拟构造应力影响下冲击地压试验装置，其特征在于:所述加 载垫块为刚性材质制成。
【文档编号】G01M7/08GK106017843SQ201610512313
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月1日
【发明人】蒋宇静, 刘建康, 王刚, 栾恒杰, 王长盛, 张学朋
【申请人】山东科技大学