CN204405454U - 冲击地压真三轴模拟试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种冲击地压真三轴模拟试验装置。它解决了现有冲击地压试验装置模拟试件受冲击荷载后不能迅速补充能量的问题。其特征在于包括柔性加载单元、冲击加载单元、刚性加载单元；本实用新型柔性加载单元通过加载油缸和刚柔组合垫板对试件进行竖直方向加压，通过刚性加载单元使试件处于X向、Y向和Z向加压状态，通过冲击加载单元对试件施加冲击荷载，试件在高应力及冲击荷载扰动条件下发生破坏的同时会产生一定压缩量，在这个过程中，刚柔组合垫板中的高性能弹簧对试件进行补充加载，模拟了发生冲击地压时围岩对煤（岩）体的进一步挤压做功。本实用新型解决了常规刚性加载对冲击荷载造成支撑效应的问题，故较逼真的模拟了巷道中发生的冲击地压现象。

Description

冲击地压真三轴模拟试验装置

技术领域

本实用新型属于深部岩体工程技术领域，特别是涉及一种冲击地压真三轴模拟试验装置。

背景技术

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。

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。而根据现理论分析认为，在室内模拟冲击地压现象，关键问题在于煤、岩试件受到冲击破坏的过程中围压很难继续保持。通过合理的冲击地压加载方式，考虑在不同轴压状态下能够补充加载的冲击地压实验室模拟，一直以来都是岩体工程领域探索的前沿课题之一。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种可以使煤、岩试件承受冲击荷载后能够及时得到补充加载的冲击地压真三轴模拟试验装置。

为实现上述目的，本实用新型可采用下述技术方案：

 一种冲击地压真三轴模拟试验装置,包括柔性加载单元、冲击加载单元、刚性加载单元；所述的柔性加载单元，包括底座、加载油缸、加载垫板、刚柔组合垫板、挡板、支撑柱、端盖板；加载油缸一端固定在底座上，另一端通过加载垫板对试件施加竖直方向荷载；所诉刚柔组合垫板布置在试件上方，与挡板接触；所诉挡板固定在支撑柱上；所诉的冲击加载单元，包括冲击重块、提升装置、导向装置，所诉冲击重块的高度可通过提升装置调节，所诉提升装置固定在端盖板上，所诉导向装置高度可调节，下端与刚柔组合垫板贴合接触，上端通过螺栓固定在端盖板上，所诉导向装置上标有测量高度的刻度值；所诉的刚性加载单元，包括端盖板、支撑柱、加载油缸、加载垫板、圆柱挡块，所诉加载油缸一端固定在端盖板上，另一端固连试件外的加载垫板，所诉圆柱挡块一端固定在端盖板上，另一端固连试件外的加载垫板；

本冲击地压真三轴模拟试验装置，通过X向、Y向加载油缸对煤、岩等试件进行前后、左右加压操作，压力通过试件外的加载垫板均匀的加载在试件上。通过柔性加载单元的加载油缸对试件进行Z向加载，因试件上方布置有刚柔组合垫板，刚柔组合垫板可发生Z向的弹性变形，故在受到Z向加压时，刚柔组合垫板随试件一同发生Z向压缩变化。通过冲击加载单元对试件施加竖直方向的重力冲击荷载，以模拟巷道发生的冲击地压。由于刚柔组合垫板能随同试件进行弹性变形，进而不会像刚性接触一样对试件造成支撑效应的影响，实现了试件在特定的三轴荷载条件下进一步承受冲击荷载的目的。由于刚柔组合垫板存在竖直方向上的弹性变形量，故试件在高应力及冲击扰动条件下破坏，在试件发生破坏并产生一定位移的同时，垂直于试件表面的弹性变形量对试件迅速进行补充加载，模拟了外部围岩对煤岩体的进一步挤压做功。本装置较好的避免了常规刚性加压对冲击荷载造成支撑效应的影响，故较逼真的模拟了采场巷道中发生的冲击地压；

在上述的冲击地压真三轴模拟试验装置中，所诉的刚柔组合垫板，包括上下两个加载垫板、若干高性能弹簧；所诉下加载垫板上部有等距排列的圆形凹槽，所诉上加载垫板下部有与下加载垫板相匹配的圆形凹槽，用来定位高性能弹簧；

在上述的冲击地压真三轴模拟试验装置中，所诉高性能弹簧等距排列在上下加载垫板中间，分别与上下加载垫板贴合接触连接；

在上述的冲击地压真三轴模拟试验装置中，所述冲击加载单元还包括导向装置，所述导向装置包括两个沿Z向同时对称于冲击重块中轴线竖直布置的导向轴，所诉导向轴下端与刚柔组合垫板贴合接触，上端通过螺栓固定在端盖板上。所述冲击重块套接在导向轴上，且两者的接触面形成滑动连接。所诉导向轴上标有测量高度的刻度值。通过导向轴既能测量出冲击重块提升的高度值，以实现记录不同高度下冲击重块的下落冲击效果，又能实现竖直轨迹的导向作用，以防止冲击重块下落时发生过大的偏移；

在上述的冲击地压真三轴模拟试验装置中，所诉的柔性加载单元的挡板中部有阶梯圆形通孔，所述圆形通孔的上部圆形直径较小，下部圆形直径较大，冲击重块自上而下穿过挡板对试件进行冲击加载；

在上述的冲击地压真三轴模拟试验装置中，所诉的试件为立方体，中间有一半圆拱形孔洞，所诉孔洞呈水平横向贯穿布置，试件表面涂有润滑剂，以减小其变形过程中受到的摩擦力；

与现有技术相比，本三向刚性加载冲击地压真三轴模拟试验装置中增设刚柔组合垫板，并设计了竖直方向的弹性变形量，进而较好的避免了常规刚性加载对冲击荷载造成支撑效应的影响，故较逼真的模拟了采场巷道中发生的冲击地压。

附图说明

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1是本冲击地压真三轴模拟试验装置的立体结构图；

图2是本冲击地压真三轴模拟试验装置的剖视结构图；

图3是本冲击地压真三轴模拟试验装置中刚柔组合垫板和挡板安装结构图。

图中，1、底座；2、加载油缸；3、加载垫板；4、支撑柱；5、刚柔组合垫板；5a、高性能弹簧；5b、上加载垫板；5c、下加载垫板；6、挡板；7、端盖板；8、冲击重块；9、提升装置；10、导向轴；11、圆柱挡块；12、试件。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述。

如图1至图3所示，本冲击地压真三轴模拟试验装置,包括柔性加载单元、冲击加载单元、刚性加载单元。

柔性加载单元，包括底座1、加载油缸2、加载垫板3、刚柔组合垫板5、挡板6、支撑柱4、端盖板7；所述加载油缸一端固定在底座1上，另一端通过加载垫板3对试件12施加竖直方向荷载；所诉刚柔组合垫板5布置在试件12上方，与挡板6贴合接触；所诉挡板6固定在支撑柱4上。所诉的柔性加载单元的挡板6中部有阶梯圆形通孔，圆形通孔的上部圆形直径较小，下部圆形直径较大，冲击重块8自上而下穿过挡板6对试件12进行冲击加载。

刚柔组合垫板5存在竖直方向上的弹性变形量。刚柔组合垫板5包括若干高性能弹簧5a、上加载垫板5b和下加载垫板5c。所诉下加载垫板5c上部有等距排列的圆形凹槽，所诉上加载垫板5b下部有与下加载垫板5c相匹配的圆形凹槽，用来有效定位高性能弹簧5a。所述高性能弹簧5a 上端与上加载垫板5b的凹槽顶面贴合接触，下端与下加载垫板5c的凹槽底面贴合接触。

冲击加载单元，包括冲击重块8、提升装置9、导向装置，所诉冲击重块8的高度可通过提升装置9调节，所诉提升装置9固定在端盖板7上。

导向装置包括两个沿Z向同时对称于冲击重块8中轴线竖直布置的导向轴10，所诉导向轴下10端与刚柔组合垫板5贴合接触，上端通过螺栓固定在端盖板7上。所述冲击重块8套接在导向轴10上，且两者的接触面形成滑动连接；所诉导向轴10上标有测量高度的刻度值。通过导向轴10既能测量出冲击重块8提升的高度值，以实现记录不同高度下冲击重块8的下落冲击效果又能实现竖直轨迹的导向作用，以防止冲击重块8下落时发生过大的偏移。

刚性加载单元，包括端盖板7、支撑柱4、加载油缸2、加载垫板3、圆柱挡块11，所诉加载油缸2一端固定在端盖板7上，另一端固连加载垫板，所诉圆柱挡块11一端固定在端盖板7上，另一端固连试件12外的加载垫板3。

本冲击地压真三轴模拟试验装置的运用过程为，首先将试件12放置于柔性加载单元的加载油缸2上的加载垫板3之上，试件12上方放置刚柔组合垫片，启动柔性加载单元顶推试件12，使得布置在试件12上的刚柔混组合垫板5顶部接触上方的挡板7，待刚柔组合加载垫板5内的刚性能弹簧5a达到做大压缩量时保持加载状态。然后通过X向、Y向加载油缸2对试件12进行前后、左右加压操作，压力通过试件12外的加载垫板3均匀的加载在试件12上。刚柔组合垫板5可发生Z向的弹性变形，故在受到Z向加压时，刚柔组合垫板5随试件一同发生Z向压缩变化。最后通过冲击加载单元对试件12施加竖直方向的重力冲击荷载，以模拟巷道发生的冲击地压。由于刚柔组合垫板5能随同进行弹性变形，进而不会像刚性接触一样对冲击荷载造成支撑效应的影响，实现了试件在特定的三轴荷载条件下进一步承受冲击荷载的目的。由于刚柔组合垫板5存在竖直方向上的弹性变形量，故试件12在高应力及冲击扰动条件下破坏，在试件12发生破坏并产生一定位移的同时，垂直于试件表面的弹性变形量对试件12迅速进行补充加载，模拟了外部围岩对煤岩体的进一步挤压做功。

本装置较好的避免了常规刚性加压对冲击荷载造成支撑效应的影响，故较逼真的模拟了采场巷道中发生的冲击地压。

本文中所描述的具体实施例，只是本实用新型较优选的具体的实施方式的一种，本实用新型所属技术领域的技术人员对本实用新型对所描述的具体实施方式进行的通常变化或替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (6)

1.一种冲击地压真三轴模拟试验装置, 其特征在于包括柔性加载单元、冲击加载单元、刚性加载单元；

所述的柔性加载单元，包括底座、加载油缸、加载垫板、刚柔组合垫板、挡板、支撑柱、端盖板；加载油缸一端固定在底座上，另一端通过加载垫板对试件施加竖直方向荷载；所诉刚柔组合垫板布置在试件上方，与挡板接触；所诉挡板固定在支撑柱上；

所诉的冲击加载单元，包括冲击重块、提升装置、导向装置，所诉冲击重块的高度可通过提升装置调节，所诉提升装置固定在端盖板上，所诉导向装置高度可调节，下端与刚柔组合垫板接触，上端通过螺栓固定在端盖板上，所诉导向装置上标有测量高度的刻度值；

所诉的刚性加载单元，包括端盖板、支撑柱、加载油缸、加载垫板、圆柱挡块，所诉加载油缸一端固定在端盖板上，另一端固连试件外的加载垫板，所诉圆柱挡块一端固定在端盖板上，另一端固连试件外的加载垫板。

2.根据权利要求1所诉的一种冲击地压真三轴模拟试验装置，其特征在于，所诉的刚柔组合垫板，包括上下两个加载垫板、若干高性能弹簧。

3.根据权利要求1所诉的一种冲击地压真三轴模拟试验装置，其特征在于，所诉下加载垫板上部有等距排列的圆形凹槽，所诉上加载垫板下部有与下加载垫板相匹配的圆形凹槽。

4.根据权利要求1所诉的一种冲击地压真三轴模拟试验装置，其特征在于，所诉高性能弹簧等距排列在上下加载垫板中间，分别与上下加载垫板接触，所诉的刚柔组合垫板具有Z方向的弹性可变量。

5.根据权利要求1所诉的一种冲击地压真三轴模拟试验装置，其特征在于，所诉的柔性加载单元的挡板中部有阶梯圆形通孔，所述圆形通孔的上部圆形直径较小，下部圆形直径较大。

6.根据权利要求1所诉的一种冲击地压真三轴模拟试验装置，其特征在于，所诉的试件为立方体，中间有一贯穿的半圆拱形孔洞，试件表面涂有润滑剂。