CN202101910U - 三轴冲击动静载组合试验机 - Google Patents

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贺虎
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何江
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Abstract

一种三轴冲击动静加载试验机，适用于矿井冲击动力灾害机理研究与实验室模拟再现，能够实现煤岩试样动态、可控和不同动静组合形式加载，模拟煤岩材料多种应力波加载方式，系统的真三轴特性可再现现场煤岩体的冲击现象。主要由x、y、z三个方向施加静载荷的静载压力装置构成，各部分结构为：固定座、钢架、油缸、压头、挡盘、氮气缸、氢气炮、冲击杆、输入杆与输出杆。通过轴向动静装置以及围压相互组合，研究煤体受矿震等应力波作用诱发冲击破坏的机理，建立动静载条件下整体的冲击矿压发生模型，研究各影响因素的合力作用，为矿震诱发冲击和防治提供理论依据。

Description

三轴冲击动静载组合试验机
技术领域
本实用新型涉及三轴冲击动静载组合试验机，尤其适用于矿井冲击动力灾害机理研究与实验室模拟再现。
背景技术
千米以下深部矿井开采，是保障我国能源安全供给、经济稳定发展的必然选择。然而，进入深部开采后，矿山压力规律与浅部明显不同，其中以冲击矿压为代表的煤岩动力灾害给矿井安全开采带来了新的挑战。深部开采冲击矿压发生的频度与烈度远远超过浅部，所造成的人员伤亡与经济损失也呈现重大恶性事故特点，因此必须引起采矿科学界的高度关注。目前国内外采矿与岩石力学试验系统主要有两种形式，一是伺服刚性压力机测试煤岩静态（准静态）力学性质；而是疲劳试验机或霍普金森压杆研究煤岩动态力学性能。这两种系统均不能满足对深井煤岩动力灾害机理、影响因素的研究，严重窒碍了煤岩动力灾害的理论突破与现场防治需要。为此，研究发明三轴冲击动静载组合试验机，以重现煤岩动力灾害发生时应力环境特征与演化过程，为理论研究提供依据。
发明内容
本实用新型的目的是克服已有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、能够实现煤岩试样动态、可控和不同动静组合形式加载的三轴冲击动静载组合试验机。
为实现上述目的，本实用新型的三轴冲击动静组合试验机主要由x、y、z三个方向施加静载荷的静载压力装置构成，其中一个水平方向的静载压力装置上连接有施加动载的动载装置，所述的静载压力装置主要由刚性框架、设在刚性框架两侧的固定座和分别设在固定座上的液压油缸构成；所述的动载装置包括连接在一个水平方向的静载压力装置的固定座上的动力输入杆、设在该水平方向的液压油缸推杆前方的动力输出杆，动力输入杆的后方依次设有冲击杆和轻气炮，轻气炮经开关与氮气缸相连。
所述的动力输入杆的前部呈凸字形，凸字形部位设有将其固定在固定座上的挡盘；所述的液压油缸的推杆上设有压头。
有益效果：通过轴向动静装置以及围压相互组合，可形成多种动静组合加载形式，模拟煤岩材料多种应力波的加载，适用于矿井冲击动力灾害机理研究与实验室模拟再现，能够实现煤岩试样动态、可控和不同动静组合形式加载，模拟煤岩材料多种应力波加载方式，通过真三轴特性可再现现场煤岩体的冲击现象。对研究煤体受矿震等应力波作用诱发冲击破坏的机理，建立动静载荷组合条件下整体的冲击矿压发生模型，研究各影响因素的合力作用，为矿震诱发冲击和防治提供理论依据。还可以通过改变水平和垂直方向围压施载压头（环形压头），在围压方向施加瓦斯气体压力或液体压力，在轴向动静载作用下，研究冲击矿压诱发瓦斯突出、渗流以及突水的机理。其结构简单、操作方便、可控和不同动静组合形式的加载。
附图说明
图1是本实用新型的原理结构示意图。
图2是本实用新型的A-A方向剖面图。
图3是本实用新型的B-B方向示意图。
图中：1－煤岩试样，2－压头，3－油缸，4－框架，5－固定座，6－挡盘，7—动力输入杆，8－动力输出杆，9—冲击杆，10—轻气炮，11—氮气缸，12—开关。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施例作进一步的描述： 
图1所示，本实用新型的三轴冲击动静组合试验机，主要由x、y、z三个方向施加静载荷的静载压力装置构成，煤岩试样1设在x、y、z三个方向施加静载荷的静载压力装置的中部，其中一个水平方向的静载压力装置上连接有施加动载的动载装置，所述的静载压力装置主要由刚性框架4、设在刚性框架4两侧的固定座5和分别设在固定座5上的液压油缸3构成，液压油缸3的推杆上设有压头2；所述的动载装置包括连接在一个水平方向的静载压力装置的固定座5上的动力输入杆7、设在该水平方向的液压油缸3推杆前方的动力输出杆8，动力输入杆7的后方依次设有冲击杆9和轻气炮10，轻气炮10经开关12与氮气缸11相连。动力输入杆7的前部呈凸字形，凸字形部位设有将其固定在固定座5上的挡盘6。通过压头2、液压油缸3、框架4、固定座5实现三轴静载加载；通过动力输入杆7、动力输出杆8、冲击杆9、轻气炮10和氮气缸11构实现冲击加载；冲击动载荷与静载荷通过挡盘6联系起来。
使用时，开启水平向与垂直向压力机即可完成常规的煤岩单轴力学性能测试。将垂直与水平方向压力机压力调节分别对应，即可模拟与现场对应的真三轴应力状态。冲击杆、输入杆和输出要与水平轴压加载系统轴线在同一直线上。另外模拟煤岩体在三轴应力状态下，受冲击动载失稳时，首先对煤岩试件三轴应力，然后，启动水平方向霍普金森压杆系统，冲击动载会沿输入干施加到煤岩试样1上，使其破坏。在相应的数据采集系统的配合下，可深入研究深部煤岩体在高静载作用的动力相应机理。

Claims (3)

1.一种三轴冲击动静组合试验机，其特征在于：它主要由x、y、z三个方向施加静载荷的静载压力装置构成，其中一个水平方向的静载压力装置上连接有施加动载的动载装置，所述的静载压力装置主要由刚性框架（4）、设在刚性框架（4）两侧的固定座（5）和分别设在固定座（5）上的液压油缸（3）构成；所述的动载装置包括连接在一个水平方向的静载压力装置的固定座（5）上的动力输入杆（7）、设在该水平方向的液压油缸（3）推杆前方的动力输出杆（8），动力输入杆（7）的后方依次设有冲击杆（9）和轻气炮（10），轻气炮（10）经开关（12）与氮气缸（11）相连。
2.根据权利要求1所述的三轴冲击动静组合试验机，其特征在于：所述的动力输入杆（7）的前部呈凸字形，凸字形部位设有将其固定在固定座（5）上的挡盘（6）。
3.根据权利要求1所述的三轴冲击动静组合试验机，其特征在于：所述的液压油缸（3）的推杆上设有压头（2）。
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