CN106872352A - 一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置及方法 - Google Patents

一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置及方法，采用轴压盘、围压装置、底盘和围压施加器组成试验装置，将破碎岩体放入试验装置内，然后通过岩石力学试验系统对本装置施加垂直压力，并记录压力值的变化情况，最终制得破碎岩体二次再生岩体，并可知整个二次成岩过程中其力学参数的情况，能在实验室中模拟破碎岩体二次成岩的过程，从而便于研究二次成岩过程中破碎岩体所受的力学参数，同时可对二次成岩后的岩体进行后续的力学试验；最终对矿井下支护该种破碎岩体二次成岩的岩体提供可靠的理论依据，使工程实际支护设计更符合该岩体的力学特性。

Description

一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置及方法
技术领域
本发明涉及一种岩体试验装置及方法，具体是一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置及方法。
背景技术
随着矿产资源开采进入到深部，矿井围岩支护面临越来越多的复杂破碎岩体以及由破碎岩体压实、固结二次成岩的再生岩体。这种通过破碎岩体压实、固结二次成岩的再生岩体，其内部的力学参数与原生的煤岩体具有较大的不同，因此在支护时也需要采取不同的支护方式，为了研究这种再生岩体的力学参数，一般需要在实验室中进行该种再生岩体的力学试验，在得出其力学参数的规律后可对矿井下支护起到指导作用。目前，实验室内只能通过从矿井内取出原有破碎-固结形成的再生岩体进行其力学性能参数测试，但是这种取样过程非常麻烦，同时切割后也会对该破碎-固结再生岩体的力学参数有所影响，因此实验室中测得的数据也不准确。由于目前还没有设备或装置来再现破碎-固结岩体二次成岩过程以及监测二次成岩相关的岩体力学行为，从而导致针对这种破碎-固结岩体的支护缺乏可靠的理论依据，工程实际中的支护设计具有较大的盲目性。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置及方法，能在实验室中模拟破碎岩体二次成岩的过程，从而便于研究二次成岩过程中破碎岩体再生成岩所需的力学参数，同时对二次再生岩体进行后续的力学试验。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：该种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，包括轴压盘、围压装置、底盘和围压施加器，所述底盘中部设有承压板，围压装置放置在承压板上，所述围压装置为多个形状相同的弧形板拼接围成的圆筒，所述弧形板的两侧均设有多个围压传递销，围压传递销的中心设有安装孔，所述围压施加器由施压杆和加压器组成，施压杆穿过相邻弧形板上两个重合的安装孔，加压器设置在施压杆上；所述轴压盘设置在圆筒上方，轴压盘的直径略小于圆筒的内径。
进一步，所述施压杆为弧形螺纹杆，所述弧形螺纹杆的弧度与弧形板的弧度相同。采用弧形螺纹杆可使加压器施加的力始终垂直于围压传递销，进而保证各个弧形板施加的围压力的均匀性。
进一步，所述加压器为两个弹簧，两个弹簧分别设置在施压杆的两端。采用这种两侧设置的方式，可使施加的力在弧形板上更均匀。
进一步，所述弧形板的外表面设有定向滑移板，定向滑移板垂直固定在弧形板中部，所述定向滑移板下端设有定向滑轮组；底盘对应定向滑移板的位置上开设滑槽，定向滑轮组置于滑槽内与滑槽滑动配合。
进一步，所述定向滑移板的形状为直角三角形。定向滑移板可采用矩形或直角三角形，优选采用直角三角形，这种形状不仅结构稳定，而且相对于矩形面积较小，从而节约材料。
进一步，所述轴压盘上设有提手。通过提手便于对轴压盘的搬移。
一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置的使用方法，其具体步骤为：
A、将多个弧形板拼接后围成圆筒，将相邻弧形板两侧的围压传递销相接触并使其安装孔重合；
B、在每组重合的安装孔上均穿过一弧形螺纹杆，弧形螺纹杆上套有两个弹簧，所述弹簧分别设置在安装孔的两侧，完成围压装置最大围压力的设定；
C、将组装完成的围压装置放置在底盘的承压板上，并使定向滑轮组处于底盘的滑槽内，围压装置与底盘形成圆桶形容器；
D、将进行试验的破碎岩体放入圆桶形容器内直至容器盛满，然后将轴压盘盖在围压装置上；
E、采用岩石力学试验系统对轴压盘施加垂直向下的压力，该压力的压力值由零渐渐增大，由于在矿井下破碎岩体压实、固结的过程中也是破碎岩体渐渐增多使处于底部的破碎岩体渐渐受力增加，此时破碎岩体在垂直方向上受压压紧的压力值渐渐增大的同时破碎岩体会向四周施压，由于力的作用是相互的，故其受到四周围压装置施加的围压力也在渐渐增大；
F、当破碎岩体压紧后，弧形板沿着滑槽向四周开始扩开时，停止对轴压盘施加垂直向下的压力，此时破碎岩体受到围压装置的围压力达到最大，完成破碎岩体二次成岩的过程，并记录垂直压力的变化情况；
G、调节步骤B中弹簧的初始形变力，即调节围压装置的最大围压力大小，重复步骤D至F，从而实现不同最大围压下破碎岩体的二次成岩过程。
与现有技术相比，本发明采用轴压盘、围压装置、底盘和围压施加器相结合的方式，将破碎岩体放入本装置内，然后通过岩石力学试验系统对本装置施加垂直压力，并记录压力值的变化情况，最终制得破碎岩体二次成岩，并可知整个二次成岩过程中其力学参数的情况，能在实验室中模拟破碎岩体二次成岩的过程，从而便于研究二次成岩过程中破碎岩体所受的力学参数，同时可对二次成岩后的岩体进行后续的力学试验；最终对矿井下支护该种破碎岩体二次成岩的岩体提供可靠的理论依据，使工程实际支护设计更符合该岩体的力学特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是本发明中轴压盘的结构示意图；
图4是图3的A-A向剖面图；
图5是本发明中围压装置的结构示意图；
图6是图5的俯视图；
图7是本发明中弧形板的结构示意图；
图8是本发明中定向滑移板的结构示意图；
图9是本发明中底盘的结构示意图；
图10是图9的A-A向剖面图。
图中：1、轴压盘，2、提手，3、弧形板，4、定向滑移板，5、围压传递销，6、定向滑轮组，7、加压器，8、弧形螺纹杆，9、滑槽，10、承压板。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图10所示，一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，包括轴压盘1、围压装置、底盘和围压施加器，所述底盘中部设有承压板10，围压装置放置在承压板10上，所述围压装置为多个形状相同的弧形板3拼接围成的圆筒，所述弧形板3的两侧均设有多个围压传递销5，围压传递销5的中心设有安装孔，所述围压施加器由施压杆和加压器7组成，施压杆穿过相邻弧形板3上两个重合的安装孔，加压器7设置在施压杆上；所述轴压盘1设置在圆筒上方，轴压盘1的直径略小于圆筒的内径。
进一步，所述施压杆为弧形螺纹杆8，所述弧形螺纹杆8的弧度与弧形板3的弧度相同。采用弧形螺纹杆8可使加压器7施加的力始终垂直于围压传递销5，进而保证各个弧形板3施加围压力的均匀性。
进一步，所述加压器7为两个弹簧，两个弹簧分别设置在施压杆的两端。采用这种两侧设置的方式，可使施加的力在弧形板3上更均匀。
进一步，所述弧形板3的外表面设有定向滑移板4，定向滑移板4垂直固定在弧形板3中部，所述定向滑移板4下端设有定向滑轮组6；底盘对应定向滑移板4的位置上开设滑槽9，定向滑轮组6置于滑槽9内与滑槽9滑动配合。
进一步，所述定向滑移板4的形状为直角三角形。定向滑移板4可采用矩形或直角三角形，优选采用直角三角形，这种形状不仅结构稳定，而且相对于矩形面积较小，从而节约材料。
进一步，所述轴压盘1上设有提手2。通过提手2便于对轴压盘1的搬移。
一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置的使用方法，其具体步骤为：
A、将多个弧形板3拼接后围成圆筒，将相邻弧形板3两侧的围压传递销5相接触并使其安装孔重合；
B、在每组重合的安装孔上均穿过一弧形螺纹杆8，弧形螺纹杆8上套有两个弹簧，所述弹簧分别设置在安装孔的两侧，完成围压装置最大围压力的设定；
C、将组装完成的围压装置放置在底盘的承压板10上，并使定向滑轮组6处于底盘的滑槽9内，围压装置与底盘形成圆桶形容器；
D、将进行试验的破碎岩体放入圆桶形容器内直至容器盛满，然后将轴压盘1盖在围压装置上；
E、采用岩石力学试验系统对轴压盘1施加垂直向下的压力，该压力的压力值由零渐渐增大，由于在矿井下破碎岩体压实、固结的过程中也是破碎岩体渐渐增多使处于底部的破碎岩体渐渐受力增加，此时破碎岩体在垂直方向上受压压紧的压力值渐渐增大的同时破碎岩体会向四周施压，由于力的作用是相互的，故其受到四周围压装置施加的围压力也在渐渐增大；
F、当破碎岩体压紧且围压达到设定的最大值之后，弧形板3沿着滑槽9向四周开始扩开时，停止对轴压盘1施加垂直向下的压力，此时破碎岩体受到围压装置的围压力达到最大，完成破碎岩体二次成岩的过程，并记录垂直压力的变化情况；
G、调节步骤B中弹簧的初始形变力，即调节围压装置的最大围压力大小，重复步骤D至F，从而实现不同最大围压下破碎岩体的二次成岩过程。

Claims (7)

1.一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，其特征在于，包括轴压盘(1)、围压装置、底盘和围压施加器，所述底盘中部设有承压板(10)，围压装置放置在承压板(10)上，所述围压装置为多个形状相同的弧形板(3)拼接围成的圆筒，所述弧形板(3)的两侧均设有多个围压传递销(5)，围压传递销(5)的中心设有安装孔，所述围压施加器由施压杆和加压器(7)组成，施压杆穿过相邻弧形板(3)上两个重合的安装孔，加压器(7)设置在施压杆上；所述轴压盘(1)设置在圆筒上方，轴压盘(1)的直径略小于圆筒的内径。
2.根据权利要求1所述的一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，其特征在于，所述施压杆为弧形螺纹杆(8)，所述弧形螺纹杆(8)的弧度与弧形板(3)的弧度相同。
3.根据权利要求1所述的一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，其特征在于，所述加压器(7)为两个弹簧，两个弹簧分别设置在施压杆的两端。
4.根据权利要求1所述的一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，其特征在于，所述弧形板(3)的外表面设有定向滑移板(4)，定向滑移板(4)垂直固定在弧形板(3)中部，所述定向滑移板(4)下端设有定向滑轮组(6)；底盘对应定向滑移板(4)的位置上开设滑槽(9)，定向滑轮组(6)置于滑槽(9)内与滑槽(9)滑动配合。
5.根据权利要求1所述的一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，其特征在于，所述定向滑移板(4)的形状为直角三角形。
6.根据权利要求1所述的一种模拟破碎岩体二次成岩的试验装置，其特征在于，所述轴压盘(1)上设有提手(2)。
7.一种利用权利要求1所述的模拟破碎岩体二次成岩的试验装置的使用方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
A、将多个弧形板(3)拼接后围成圆筒，将相邻弧形板(3)两侧的围压传递销(5)相接触并使其安装孔重合；
B、在每组重合的安装孔上均穿过一弧形螺纹杆(8)，弧形螺纹杆(8)上套有两个弹簧，所述弹簧分别设置在安装孔的两侧，完成围压装置最大围压力的设定；
C、将组装完成的围压装置放置在底盘的承压板(10)上，并使定向滑轮组(6)处于底盘的滑槽(9)内，围压装置与底盘形成圆桶形容器；
D、将进行试验的破碎岩体放入圆桶形容器内直至容器盛满，然后将轴压盘(1)盖在围压装置上；
E、采用岩石力学试验系统对轴压盘(1)施加垂直向下的压力，该压力的压力值由零渐渐增大；
F、当破碎岩体渐渐压紧后，弧形板(3)沿着滑槽(9)向四周开始扩开时，停止对轴压盘(1)施加垂直向下的压力，完成破碎岩体二次成岩的过程，并记录垂直压力的变化情况；
G、调节步骤B中弹簧的初始形变力，即调节围压装置的最大围压力大小，重复步骤D至F，从而实现不同围压下破碎岩体的二次成岩过程。
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