CN106226156A - 一种动静组合加载条件下的煤岩试件夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种动静组合加载条件下的煤岩试件夹具，以布置有螺纹孔洞的底板、中隔板和顶板为主体，同时包含后挡板、竖立杆、横挡板、支撑立柱、立杆夹板、及螺钉、螺母等配套设施，可适用于受静载煤岩体振动破坏的科学实验。激振器通过激振器底座固定在底板上；煤岩试件前端面与激振头接触，后端面与立杆夹板接触，下端面与中隔板接触，上端面和千斤顶相接触，这样不仅起到了固定煤体的作用，还将千斤顶的静载以均布载荷的方式传递给煤岩体，并使激振波为平面波，从而避免试件点加载时的局部破坏。该套夹具克服了传统受载煤体振动破坏时试件或激振器移动、激振载荷不一致及静载未能全面模拟采场应力分布的弊端，使用方法简单，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于振动力学实验中的夹具/模具领域，适用于受动静组合加载条件下方型煤岩体试件的固定与边界条件的施加。
背景技术
煤岩动力灾害的发生往往经历了载荷转移集中(孕育条件)和动力扰动作用(激发因素)两个阶段。其中，与激发阶段中动力载荷的密集作用不同，孕育阶段的载荷和应力转移相对缓慢，可近似看成是静载或准静载作用的结果。试验研究是机理分析和现场监测的重要基础与关键手段，利用制备的原煤(岩)或型煤(岩)试件来模拟采场中的煤岩体，利用千斤顶静载加压的方式模拟载荷转移和应力集中，利用激振器施加的激振力模拟动力扰动，同时辅以各种裂纹监测和信号采集传感器，可有效地分析采掘作业时煤岩体在动静组合加载条件下的裂隙演化规律与声电信号特征，并为煤岩动力灾害的发生、预警与防范提供技术支撑。当前针对煤岩动静组合的试验多利用围压静载和冲击动载相结合的霍普金森压杆(SHPB)来展开，其试验方法、目的和装置与本方案截然不同。因此需要提供一种静压加载与振动加载相结合，并克服传统受载煤体振动破坏时试件或激振器移动、激振载荷不一致，以及静载难以全面模拟采场应力分布等困难的煤岩试件夹具。
发明内容
本发明主体框架自下而上分为三层，分别为底板(1)、中隔板(3)和顶板(4)，同时包含后挡板(2)、竖立杆(5)、横挡板(6)、支撑立柱(7)、立杆夹板(8)、及孔洞、螺钉、螺母等配套设施。本发明解决技术问题所采用的技术方案是：横挡板(6)的下部和后挡板(2)通过沉头螺钉与底板(1)相配合，横挡板(6)的上部也利用沉头螺钉与中隔板(3)相配合；含有外螺纹的支撑立柱(7)通过螺母与中隔板(3)和顶板(4)相配合；中隔板(3)和顶板(4)每隔相同距离开一对透孔，方便孔内插入竖立杆(5)，使其完全透过两板，下部接触与底板(1)之上，上部略高于顶板(4)；一对竖立杆(5)与一组立杆夹板(8)相配合，其作用为防止受测试件在振动过程中发生后移；底板(1)前端布置4个M12的螺纹孔洞，方便激振器(10)通过激振器底座(9)固定在底板(1)上，可以防止激振器移动；煤岩试件(11)前端面通过等面积不锈钢板与激振头接触，后端面与立杆夹板(8)接触，使得激振波转化为平面波，避免试件点加载时的局部破坏；下端面与中隔板(3)接触，上端面上方放置等面积的不锈钢板，然后加载千斤顶(12)，使得千斤顶(12)的静载以均布载荷的方式传递给煤岩体，其中千斤顶(12)的液压由压力表读出，在固定实验煤岩体的同时，实现了上覆岩层应力的准确模拟。
本发明为一种动静组合加载条件下的煤岩试件夹具，可适用于受静载煤岩体振动破坏的科学实验。该套夹具克服了传统受载煤体振动破坏时试件或激振器移动、激振载荷不一致、静载未能全面模拟采场应力分布的弊端，使用方法简单，实用性强。
附图说明
图1为本发明动静组合加载煤岩夹具尚未放置试件时的结构示意图；
图2为本发明动静组合加载条件下的煤岩夹具放置试件时的结构图；
图3为本发明底板示意图；
图4为本发明中隔板示意图；
图5为本发明顶板示意图；
图6为本发明前后挡板示意图；
图7为本发明支撑立柱示意图；
图8为本发明竖立杆示意图；
图9为本发明立杆夹板示意图；
图10为本发明横挡板示意图。
图中：1-底板，2-后挡板，3-中隔板，4-顶板，5-竖立杆，6-横挡板，7-支撑立柱，8-立杆夹板，9-底座，10-激振器，11-试样，12-千斤顶。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的描述：
本发明主体框架自下而上分为三层，分别为底板(1)、中隔板(3)和顶板(4)，同时包含后挡板(2)、竖立杆(5)、横挡板(6)、支撑立柱(7)、立杆夹板(8)、及孔洞、螺钉、螺母等配套设施。底板(1)前端布置有4个M12的螺纹孔洞，中后两端均布置有6个M8的平头螺钉透孔；激振器(10)通过激振器底座(9)与4个M12的螺纹孔洞配合固定在底板(1)上，用于防止激振器(10)工作时与底板(1)产生相对移动。后挡板(2)和横挡板(6)用于连接底板(1)与中隔板(3)，同时使得中隔板(3)的高度与激振器针头高度相一致，其中后挡板(2)和横挡板(6)的下部通过底板(1)的6个M8的平头螺钉透孔配合固定于底板(1)，后挡板(2)和横挡板(6)的上部利用螺纹与中隔板(3)相配合固定于中隔板(3)。中隔板(3)和顶板(4)在相同的位置处各布置有6个φ20的通孔和18个φ8.5的通孔；将带有外螺纹的支撑立柱(7)分别相对应地穿过中隔板(3)和顶板(4)的6个φ20通孔，使用螺母紧固后，将中隔板(3)与顶板(4)构成一体；竖立杆(5)通过φ8.5的通孔，其下部接触于底板(1)之上，然后将立杆夹板(8)固定于竖立杆(5)之上，用于防止受测试件在激振过程中发生后移。
装置组合完成后，将制备的煤岩体试件(11)置于中隔板(3)之上，将激振器针头恰好接触试件前方不锈钢板，并调整竖立杆(5)的位置，使得试件(11)后端面与立杆夹板(8)接触，若试件(11)尺寸难以与立杆夹板(8)直接接触时，需在试件(11)后部增设补偿钢板。然后将千斤顶(12)置于试件(11)顶面，其中千斤顶(12)与试件(11)之间放置一片不锈钢板，使得垂直应力均匀分布，千斤顶(12)上端与顶板(4)接触，通过调节压力表给千斤顶(12)施加不同的压力，模拟不同的应力区域。将传感器布置于试件(11)的设定位置，开启激振器即可开始实验。
本发明的结构是将原煤(岩)或型煤(岩)试件置于夹具之中，配合钢板、孔洞、螺钉和螺母实现了激振器、千斤顶与煤岩试件的固定，完整地模拟了采场前方的应力场分布，同时使试验中激振力保持一致，从而使静载载荷和动载载荷分别以均布载荷和平面波的形式作用于煤岩体，避免了试件的局部破坏，保证了扰动波的无阻碍传播，并使其在立杆夹板处由于声学阻抗差异而发生反射，以验证深部煤岩体或地质构造带对煤岩动力灾害的影响，使用方法简单，操作方便，实用性强。
Claims (1)
1.一种动静组合加载条件下的煤岩试件夹具，由底板(1)、中隔板(3)和顶板(4)为主体，同时包含后挡板(2)、竖立杆(5)、横挡板(6)、支撑立柱(7)、立杆夹板(8)及螺钉、螺母等配套设施，其特征在于：底板(1)布置有螺纹孔洞，激振器(10)通过底座(9)固定在底板(1)上；一对竖立杆(5)与立杆夹板(8)相配合，位于试样(11)的后端面，以防止受测试样(11)在振动过程中发生后移；试样(11)顶部使用千斤顶(12)加压固定，千斤顶(12)提供的压力由压力表直接读出。
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