CN111350539B - 一种动力效应实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力效应实验方法，试验装置包括用于充装模拟实验材料的耐高压密封腔体和T型刚性压头；其中腔体为可拆卸分段替换式结构，由上段部分、中段部分、下段部分和底段部分依次拼接而成且上段、中段和下段均为可替换部分；底段部分为倒T型结构；T型刚性压头顶部安设有限位开关，限位开关与T型刚性压头顶部位于同一水平面，通过T型刚性压头向所述腔体施加动力，限位开关通过连接杆控制压头限位块实现限位功能，连接杆安设在T型刚性压头内部，压头限位块位于T型刚性压头下端，T型刚性压头底部开设有密封凹槽并套有密封圈加以密封。本发明结构精巧，实验操作简便易行，实验成本低。
Description
技术领域
本发明涉及室内实验设备技术领域，具体涉及一种动力效应实验方法。
背景技术
深部煤矿开采受高地应力、高温、高岩溶水等威胁日趋严重，高强度开采(扰动)使得一些高瓦斯矿井发生复合型煤岩动力灾害的概率显著增大，此类动力灾害兼具冲击地压和突出的部分特征，两种动力灾害互为共存、互相影响、相互复合，严重威胁矿井的生产安全。考虑到复合动力灾害的复杂性以及研究方法和手段的限制，国内外对此类灾害的研究尚且较少，此类灾害通常具有巨大的破坏性和危害性，现场人为诱发不具可行性。因此，研发低成本、易操作、多功能的实验设备并基于此开展室内实验系列研究，可在明确灾变过程中的能量积聚、传递及释放机制的基础上进一步理清其致灾效应，对于矿井复合型灾害的预测及防治同样具有重要现实意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种动力效应实验方法。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多功能实验装置，其特征在于：包括用于充装模拟实验材料的耐高压密封腔体和T型刚性压头，T型刚性压头用于密封耐高压密封腔体；所述腔体为可拆卸分段替换式结构，由上段部分、中段部分、下段部分和底段部分依次拼接而成；所述上段部分、中段部分和下段部分均为可替换部分；所述底段部分为倒T型结构；所述T型刚性压头顶部安设有限位开关，所述限位开关与T型刚性压头顶部位于同一水平面，通过T型刚性压头向所述腔体施加动力，所述限位开关通过连接杆控制压头限位块实现限位功能，所述连接杆安设在T型刚性压头内部，所述压头限位块位于T型刚性压头下端，所述T型刚性压头底部开设有密封凹槽并套有密封圈加以密封。
所述腔体为可拆卸分段替换式结构；其中所述上段部分的底端开设有限位凹槽；所述中段部分顶端开设有限位凸起，底端开设有限位凹槽；所述下段部分顶端开设有限位凸起，腔体的连接处注有密封胶。
所述上段部分内侧开设有第一限位槽，所述中段部分内侧开设有第二限位槽，所述中段部分外表面前后对称开设有声发射探头安装槽；所述中段部分左右开设有输入端和输出端；所述输入端与输出端中心线连线过该连线所在的中段部分的截面的中心；所述输入端一分为三且单独控制，分别为抽真空端、充气端及传感器连接端；所述输出端通过防爆型高速气动阀连接透明管道，所述透明管道通过可调支撑架支撑；所述透明管道上部平面开设有气体压力传感器接口、温度传感器接口和气体浓度传感器接口；所述透明管道旁架设有红外热像仪和多个分体式高速摄像机；所述声发射探头安装槽中心线与输入端和输出端中心线在同一水平面且垂直于输入端和输出端中心线；所述输出端直径d与耐高压密封腔体直径D比例范围为[1/4,1/6]；所述气体压力传感器接口、温度传感器接口及气体浓度传感器接口为一组分布于透明管道同一截面上且沿透明管道等间距分布若干组。
所述中段部分外表面前后对称开设有声发射探头安装槽；所述中段部分左右开设有输入端和输出端；所述输入端与输出端中心线连线过该连线所在的中段部分的截面的中心；所述输入端一分为三且单独控制，分别为抽真空端、充气端及传感器连接端；所述输出端通过防爆型高速气动阀连接透明管道，所述透明管道通过可调支撑架支撑；所述透明管道上部平面开设有气体压力传感器接口、温度传感器接口和气体浓度传感器接口；所述透明管道旁架设有红外热像仪和多个分体式高速摄像机；所述声发射探头安装槽中心线与输入端和输出端中心线在同一水平面且垂直于输入端和输出端中心线；所述输出端直径d与耐高压密封腔体直径D比例范围为[1/4,1/6]；所述气体压力传感器接口、温度传感器接口及气体浓度传感器接口为一组分布于透明管道同一截面上且沿透明管道等间距分布若干组，所述下段部分开设有引线输出端，所述引线输出端外接玻璃烧结连接器。
采用所述一种多功能实验装置的实验方法分为三类，第一类为动力效应实验方法，第二类为复合动力灾害实验方法，第三类为相似材料制作方法。
所述动力效应实验方法，其特征是，将耐高压密封腔体的各分段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体装入固定粒径的颗粒煤；将T型刚性压头通过限位开关限位构成密封腔体；充入吸附性气体保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体内气压变化；当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀卸压，同步记录腔体内颗粒煤声发射特征，透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征、沿透明管道分布特征。
所述复合动力灾害实验方法，其特征是，将耐高压密封腔体的各分段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体装入煤岩组合体试件；通过T型刚性压头施加对装入的煤岩组合体试件施加预紧力；充入吸附性气体并保持设定吸附时间；通过T型刚性压头持续加载并同步监测耐高压密封腔体内气压变化；当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀快速卸压；同步记录腔体内煤岩组合体试件的声发射特征，透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度；通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征、沿透明管道分布特征。
所述相似材料制作方法，其特征是，将耐高压密封腔体的各分段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体装入确定组分和比例的相似材料，按照设定成型参数进行压制，最后脱模，完成相似材料制作。
所述一种多功能实验装置，其特征是，所述压头限位块由附属机构A、附属机构B和附属机构C组成；所述附属结构B为弹簧，所述附属结构A钩挂附属结构C组成一整体并穿设附属结构B。
所述一种多功能实验装置，其特征是，所述限位功能实现过程如下：将耐高压密封腔体各段顺次拼接且在连接处注密封胶；将T型刚性压头推入耐高压密封腔体，通过旋转T型刚性压头保持限位开关与第一限位槽或第二限位槽位于同一直线且沿该直线铅直运动，当运动至第一或第二限位槽时，附属机构A受到附属机构B的作用卡入限位槽从而实现限位功能，此时，T型刚性压头被固定；转动T型刚性压头顶部的限位开关，在连接杆作用下，附属机构C带动附属机构B水平运动，附属机构B在附属机构C作用下将附属机构A从限位槽中水平拉出，从而实现限位解除。
本发明的有益效果：
1.本发明可与刚性压力机配合使用亦可单独使用，装置简单、轻巧易操作，实验周期短，成本低。
2.本发明提供多段可拼接腔体结构，各拼接段均可替换，灵活多用，同时提供带有限位结构的压头，即可作为动力源提供动力输出亦可利用限位结构作为密封实现腔体高压密封，可根据具体实验进行相应调整，操作简便具备较强的灵活性和实用性。
3.利用本发明可及开展系列实验，具体如下：制作相似材料，为基于相似材料的系列实验提供基础保障；开展不同采动应力影响下的矿井动力灾害模拟实验；开展考虑顶板影响的矿井动力灾害模拟实验；开展基于原煤或型煤的煤与瓦斯突出模拟实验；开展煤矿动力灾害动力效应及致灾效应的相关模拟实验等。
附图说明
图1是本发明T型刚性压头整体结构示意图。
图2是本发明中限位结构各部件剖视图。
图3是本发明中限位结构整体结构剖视图。
图4是本发明T型刚性压头俯视图。
图5是本发明耐高压密封腔体上段部分。
图6是本发明耐高压密封腔体中段部分。
图7是本发明耐高压密封腔体中段部分可替换结构G整体示意图。
图8是本发明耐高压密封腔体下段部分。
图9是本发明耐高压密封腔体底段部分。
图10是本发明耐高压密封腔体上段部分可替换结构E整体示意图。
图11是本发明耐高压密封腔体中段部分可替换结构F整体示意图。
图12是本发明耐高压密封腔体下段部分可替换结构H整体示意图。
图13是本发明透明管道俯视图。
图14是本发明实施例中1的整体结构示意图。
图15是本发明实施例中2的整体结构示意图。
图16是本发明实施例中3的整体结构示意图。
1-T型刚性压头、1-1-限位开关、1-2-连接杆、2-耐高压密封腔体、2-1-上段部分、2-2-中段部分、2-3-下段部分、2-4-底段部分、2-11-第一限位槽、2-21-第二限位槽、2-51-限位凹槽、2-61-限位凸起、2-62-限位凹槽、2-71-限位凸起、3-附属机构A、4-附属机构B、5-附属机构C、6-密封凹槽、7-密封圈、8-压头限位块、9-输入端、10-输出端、11-声发射探头安装槽、11-1-引线输出端、11-2-玻璃烧结连接器、12-抽真空端、13-充气端、14-传感器连接端、15-防爆型高速气动阀、16-透明管道、17-可调支撑架、18-气体压力传感器接口、19-温度传感器接口、20-气体浓度传感器接口、21-红外热像仪、22-分体式高速摄像机、23-颗粒煤、24-煤岩组合体试件、25-相似材料。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图6和图8-图9及图14-图15所示，一种多功能实验装置，其特征在于：包括用于充装模拟实验材料的耐高压密封腔体2和T型刚性压头1；所述腔体2为可拆卸分段替换式结构，由上段部分2-1、中段部分2-2、下段部分2-3和底段部分2-4依次拼接而成；所述上段部分2-1、中段部分2-2和下段部分2-3均为可替换部分；所述底段部分2-4为倒T型结构；所述T型刚性压头1顶部安设有限位开关1-1，所述限位开关1-1与T型刚性压头1顶部位于同一水平面，通过T型刚性压头1向所述腔体2施加动力，所述限位开关1-1通过连接杆1-2控制压头限位块8实现限位功能，所述连接杆1-2安设在T型刚性压头1内部，所述压头限位块8位于T型刚性压头1下端，所述T型刚性压头1底部开设有密封凹槽6并套有密封圈7加以密封。
如图10-图12所示，所述腔体2为可拆卸分段替换式结构；其中所述上段部分2-5的底端开设有限位凹槽2-51；所述中段部分2-6顶端开设有限位凸起2-61，底端开设有限位凹槽2-62；所述下段部分2-7顶端开设有限位凸起2-71，腔体的连接处注有密封胶。
如图5-图6、图9、图12-图14所示，所述上段部分2-1内侧开设有第一限位槽2-11，所述中段部分2-2内侧开设有第二限位槽2-21，所述中段部分2-2外表面前后对称开设有声发射探头安装槽11；所述中段部分2-2左右开设有输入端9和输出端10；所述输入端9与输出端10中心线连线过该连线所在的中段部分2-2的截面的中心；所述输入端9一分为三且单独控制，分别为抽真空端12、充气端13及传感器连接端14；所述输出端10通过防爆型高速气动阀15连接透明管道16，所述透明管道16通过可调支撑架17支撑；所述透明管道16上部平面开设有气体压力传感器接口18、温度传感器接口19和气体浓度传感器接口20；所述透明管道16旁架设有红外热像仪21和多个分体式高速摄像机22；所述声发射探头安装槽11中心线与输入端9和输出端10中心线在同一水平面且垂直于输入端9和输出端10中心线；所述输出端10直径d与耐高压密封腔体2直径D比例范围为[1/4,1/6]；所述气体压力传感器接口18、温度传感器接口19及气体浓度传感器接口20为一组分布于透明管道16同一截面上且沿透明管道16等间距分布若干组。
如图7、图9-10、图12-13及图15所示，所述中段部分2-2外表面前后对称开设有声发射探头安装槽11；所述中段部分2-2左右开设有输入端9和输出端10；所述输入端9与输出端10中心线连线过该连线所在的中段部分2-2的截面的中心；所述输入端9一分为三且单独控制，分别为抽真空端12、充气端13及传感器连接端14；所述输出端10通过防爆型高速气动阀15连接透明管道16，所述透明管道16通过可调支撑架17支撑；所述透明管道16上部平面开设有气体压力传感器接口18、温度传感器接口19和气体浓度传感器接口20；所述透明管道16旁架设有红外热像仪21和多个分体式高速摄像机22；所述声发射探头安装槽11中心线与输入端9和输出端10中心线在同一水平面且垂直于输入端9和输出端10中心线；所述输出端10直径d与耐高压密封腔体2直径D比例范围为[1/4,1/6]；所述气体压力传感器接口18、温度传感器接口19及气体浓度传感器接口20为一组分布于透明管道16同一截面上且沿透明管道16等间距分布若干组，所述下段部分2-7开设有引线输出端11-1，所述引线输出端外接玻璃烧结连接器11-2。
如图14-16所示，采用所述一种多功能实验装置的实验方法分为三类，第一类为动力效应实验方法，第二类为复合动力灾害实验方法，第三类为相似材料制作方法。
实施例一：如图14所示，所述动力效应实验方法，其特征是，将耐高压密封腔体的各分段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体2装入固定粒径的颗粒煤23；将T型刚性压头1通过限位开关1-1限位构成密封腔体；充入吸附性气体保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体2内气压变化；当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀15卸压，同步记录腔体内颗粒煤23声发射特征，透明管道16不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪21和分体式高速摄像机22记录破碎并抛出的颗粒煤23的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征、沿透明管道16分布特征。
实施例二：如图15所示，所述复合动力灾害实验方法，其特征是，将耐高压密封腔体的各分段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体2装入煤岩组合体试件24；通过T型刚性压头1施加对装入的煤岩组合体试件24施加预紧力；充入吸附性气体并保持设定吸附时间；通过T型刚性压头1持续加载并同步监测耐高压密封腔体2内气压变化；当加载到设定值时，打开防爆型高速气动阀15快速卸压；同步记录腔体2内煤岩组合体试件24的声发射特征，透明管道16不同位置处的气体压力、气体浓度及温度；通过红外热像仪21和分体式高速摄像机22记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征、沿透明管道16分布特征。
实施例三：如图16所示，所述相似材料制作方法，其特征是，将耐高压密封腔体2的各分段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体2装入确定组分和比例的相似材料25，按照设定成型参数进行压制，最后脱模，完成相似材料制作。
如图2-图4所示，所述一种多功能实验装置，其特征是，所述压头限位块由附属机构A、附属机构B和附属机构C组成；所述附属结构B为弹簧，所述附属结构A钩挂附属结构C组成一整体并穿设附属结构B。
如图1-图4所示，所述一种多功能实验装置，其特征是，所述限位功能实现过程如下：将耐高压密封腔体各段顺次拼接且在连接处注密封胶；将T型刚性压头推入耐高压密封腔体，通过旋转T型刚性压头保持限位开关与第一限位槽或第二限位槽位于同一直线且沿该直线铅直运动，当运动至第一或第二限位槽时，附属机构A受到附属机构B的作用卡入限位槽从而实现限位功能，此时，T型刚性压头被固定；转动T型刚性压头顶部的限位开关，在连接杆作用下，附属机构C带动附属机构B水平运动，附属机构B在附属机构C作用下将附属机构A从限位槽中水平拉出，从而实现限位解除。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (3)
1.一种动力效应实验方法，其特征在于，采用一种多功能实验装置，包括用于充装模拟实验材料的耐高压密封腔体和T型刚性压头，T型刚性压头用于密封耐高压密封腔体；所述耐高压密封腔体为可拆卸分段替换式结构，由上段部分、中段部分、下段部分和底段部分依次拼接而成；所述上段部分、中段部分和下段部分均为可替换部分；所述底段部分为倒T型结构；所述T型刚性压头顶部安设有限位开关，所述限位开关与T型刚性压头顶部位于同一水平面，通过T型刚性压头向所述耐高压密封腔体施加动力，所述限位开关通过连接杆控制压头限位块实现限位功能，所述连接杆安设在T型刚性压头内部，所述压头限位块位于T型刚性压头下端，所述T型刚性压头底部开设有密封凹槽并套有密封圈加以密封；
所述压头限位块由附属机构A、附属机构B和附属机构C组成；所述附属机构B为弹簧，所述附属机构A钩挂附属机构C组成一整体并穿设附属机构B；
所述上段部分内侧开设有第一限位槽，所述中段部分内侧开设有第二限位槽，所述中段部分外表面前后对称开设有声发射探头安装槽；所述中段部分左右开设有输入端和输出端；所述输入端与输出端中心线连线过该连线所在的中段部分的截面的中心；所述输入端一分为三且单独控制，分别为抽真空端、充气端及传感器连接端；所述输出端通过防爆型高速气动阀连接透明管道，所述透明管道通过可调支撑架支撑；所述透明管道上部平面开设有气体压力传感器接口、温度传感器接口和气体浓度传感器接口；所述透明管道旁架设有红外热像仪和多个分体式高速摄像机；所述声发射探头安装槽中心线与输入端和输出端中心线在同一水平面且垂直于输入端和输出端中心线；所述输出端直径d与耐高压密封腔体直径D比例范围为[1/4，1/6]；所述气体压力传感器接口、温度传感器接口及气体浓度传感器接口为一组分布于透明管道同一截面上且沿透明管道等间距分布若干组；
将耐高压密封腔体的上段部分、中段部分、下段部分和底段部分从上而下依次连接并在连接处注射密封胶；向连接好的耐高压密封腔体装入固定粒径的颗粒煤；将T型刚性压头通过限位开关限位构成耐高压密封腔体；充入吸附性气体保持设定吸附时间并同步监测耐高压密封腔体内气压变化；当达到设定吸附时间时通过防爆型高速气动阀卸压，同步记录耐高压密封腔体内颗粒煤声发射特征，透明管道不同位置处的气体压力、气体浓度及温度，通过红外热像仪和分体式高速摄像机记录破碎并抛出的颗粒煤体的红外成像及运动特征；统计破碎并被抛出的颗粒煤的总量、几何特征及沿透明管道分布特征。
2.如权利要求1所述一种动力效应实验方法，其特征是，其中所述上段部分的底端开设有限位凹槽；所述中段部分顶端开设有限位凸起，底端开设有限位凹槽；所述下段部分顶端开设有限位凸起，耐高压密封腔体的连接处注有密封胶。
3.如权利要求1所述一种动力效应实验方法，其特征是，限位开关限位方法包括：将T型刚性压头推入耐高压密封腔体，通过旋转T型刚性压头保持限位开关与第一限位槽或第二限位槽位于同一直线且沿该直线铅直运动，当运动至第一或第二限位槽时，附属机构A受到附属机构B的作用卡入限位槽从而实现限位功能，此时，T型刚性压头被固定；转动T型刚性压头顶部的限位开关，在连接杆作用下，附属机构C带动附属机构B水平运动，附属机构B在附属机构C作用下将附属机构A从限位槽中水平拉出，从而实现限位解除。
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2018
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