一种冲击地压/岩爆模拟仿真储能-时间罐装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种适用于室内研究冲击地压/岩爆发 生过程反演、能量定量描述及机理研究的实验装置。
【背景技术】
[0002] 冲击地压/岩爆是岩石工程中围岩体的突然破坏，并伴随着岩体中应变能的突然 释放，是一种岩石破裂过程失稳现象。这种现象包含两个核心因素，一个是煤岩体积聚大量 的弹性变形势能，一个是煤岩体弹性能突然猛烈的释放，最终导致煤岩体弱势区爆裂并弹 射出来。往往造成开挖工作面的严重破坏、设备损坏和人员伤亡，已成为岩石地下工程和岩 石力学领域的世界性难题。
[0003] 随着开采深度增加，冲击地压/岩爆动力灾害频繁发生，对现场作业人员安全和 现场设备正常工作造成严重影响，并易诱发瓦斯突出等严重二次灾害，故对冲击地压/岩 爆发生过程反演及机理研究及其重要。对冲击地压机理研究可从理论分析、实验研究和数 值模拟三方面，首先理论方面提出各种理论包括能量理论、强度理论等，这些理论各有优缺 点，但均不能包含煤岩体节理、裂隙和内部构造缺陷等。现场机理研究由于地质条件的复杂 性、事故突发不可预见性、发生不可重复性和发生过程危险性等，一般只能通过事故发生后 反推整个过程主控因素，由于太多不确定性因素，现场发生机理研究存在一定局限性。针对 上述研究缺陷，进行实验研究机理为一条合理可行思路。
[0004] 依据冲击地压/岩爆发生特点，在室内真实反演冲击地压/岩爆发生过程所需考 虑问题包括，i加载装置提供能量，使煤岩样能积聚大量的弹性能，以模拟冲击地压/岩 爆能量积聚过程储能体对接触煤岩样提供能量后，能保持稳定性，外部围岩能继续向 内部储能体提供能量，致使破坏进一步加剧，模拟冲击地压/岩爆发生过程能量传递特点； 議:记录煤岩样破坏瞬时所需时间，以研究冲击地压/岩爆能量释放速度对破坏形式影响。 但是，目前还没有设备综合考虑到上述三个因素，故本发明针对定量描述和反演冲击地压/ 岩爆发生过程实验仿真起到突破性进展。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种冲击地压/岩爆模拟仿真储能-时间罐装置，该装置能 完成冲击地压/岩爆发生过程积聚弹性能的量化转化实验，对冲击地压/岩爆机理研究将 有突破性进展，并考虑了冲击地压发生能量和时间因素特性，能记录弹性能积聚过程并记 录弹性能释放所需时间。
[0006] 所述冲击地压/岩爆中的"/"表示"或"的关系，所述储能-时间罐装置中的 表示"和"的关系。
[0007] 实现上述目的，本发明的技术方案是： 一种冲击地压/岩爆模拟仿真储能-时间罐装置，它包括下加载油缸、上压力传感器、 下压力传感器、下储能-时间罐、下刚性弹簧、下弹簧变形记量光码器、下滚排、下内部位移 回弹计时器、下柔性弹簧、煤岩试件、引伸计、下刚性压板、上储能-时间罐、长刚性杆件、短 刚性杆件、45°卡盘、螺杆、上加载油缸、上位移记录器、上滚排、上刚性弹簧、上弹簧变形记 量光码器、上内部位移回弹计时器、上柔性弹簧、上刚性压板、下位移记录器； 所述下储能-时间罐和上储能-时间罐的横截面均为矩形，下储能-时间罐的内周四 壁均水平设有数个下滚排，所述上储能-时间罐的内周四壁均水平设有数个上滚排，下储 能-时间罐内设有下刚性弹簧、下弹簧变形记量光码器、下内部位移回弹计时器及四个下 柔性弹簧，所述下刚性弹簧设置在下储能-时间罐内的中部，所述四个下柔性弹簧对称设 置在下刚性弹簧的外侧，下刚性弹簧以及四个下柔性弹簧的上端均与下刚性压板连接，下 刚性弹簧以及四个下柔性弹簧的下端均与下储能-时间罐连接，所述下刚性压板与设置在 下储能-时间罐内的下滚排接触，所述下弹簧变形记量光码器的上端与下刚性压板连接， 下弹簧变形记量光码器的下端与下储能-时间罐连接，所述下内部位移回弹计时器与下弹 簧变形记量光码器及下储能-时间罐连接； 上储能-时间罐内设置有上刚性弹簧、上弹簧变形记量光码器、下内部位移回弹计时 器及四个上柔性弹簧，所述上刚性弹簧设置在上储能-时间罐内的中部，所述四个上柔性 弹簧均布设置在上刚性弹簧的外侧，上刚性弹簧以及四个上柔性弹簧的下端均与上刚性压 板连接，上刚性弹簧以及四个上柔性弹簧的上端均与上储能-时间罐连接，所述上刚性压 板与设置在上储能-时间罐内的上滚排接触，所述上弹簧变形记量光码器的下端与上刚性 压板连接，上弹簧变形记量光码器的上端与上储能-时间罐连接，所述上内部位移回弹计 时器与上弹簧变形记量光码器及上储能-时间罐连接； 所述下刚性压板的上表面以及上刚性压板的下表面中部分别设有煤岩试件放置凹槽， 所述下刚性压板的煤岩试件放置凹槽与上刚性压板的煤岩试件放置凹槽正对设置，下刚性 压板的上表面设置有引伸计放置槽，所述引伸计的四个长刚性杆件和四个短刚性杆件的下 端分别连接应变片，引伸计的四个长刚性杆件的下端和四个短刚性杆件的下端均固定在下 刚性压板的引伸计放置槽内，引伸计的四个长刚性杆件的上端与上刚性压板下端设有的 45°卡盘相接触；引伸计的四个短刚性杆件侧壁的顶端分别设有螺孔，所述螺杆与螺孔螺 纹连接； 所述下储能-时间罐的下端与下压力传感器连接，所述下压力传感器与下加载油缸的 活塞杆连接；所述上刚性压板的上端与上储能-时间罐的下端连接，所述上储能-时间罐的 上端与上压力传感器连接，所述上压力传感器与上加载油缸的活塞杆连接；所述上位移记 录器设置在上加载油缸外部，且上位移记录器与上加载油缸的缸体和活塞杆连接；所述下 位移记录器设置在下加载油缸外部，且下位移记录器与下加载油缸的缸体和活塞杆连接。
[0008] 本发明的效果是： a、两个储能-时间罐均采用加载油缸推动储能，加载油缸配备位移计量系统。进行冲 击地压仿真实验，通过压力机载荷-位移曲线获取总能量，两个储能-时间罐获取刚性压板 储存能量，引伸计获取煤岩试件变形存储能量，煤岩样破坏瞬时，内部位移回弹计时器测定 弹簧能量释放时间。
[0009] b、通过两个竖直方向设置的加载油缸对煤岩试件进行单轴加载试验操作。煤岩试 件的上下端面均通过两个刚性压板(校准)为煤岩试件施加载荷，加载过程中，储能-时间罐 内的弹簧不断被压缩储存弹性能。设置在储能-时间罐内部四周的滚排不仅能减少刚性压 板硬摩擦，也可进行偏心校准。应用电液伺服系统对应力控制失稳瞬时的压力捕捉功能，以 模拟冲击地压/岩爆发生瞬时破坏后围岩载荷的瞬时能量追加，使得破坏程度加剧。由于 储能-时间罐内部设置了刚性弹簧，以模拟两个刚性压板积聚弹性能过程，并在破坏瞬间 释放给煤岩试件。
[0010] c、引伸计可分别进行煤岩试件高精度轴向和径向变形测定，轴向变形测定通过引 伸计的四个长刚性杆件下部连接应变片，上部连接45°卡盘，通过所述长刚性杆件变形计 算得到煤岩试件轴向变形。径向变形测定通过引伸计的四个短刚性杆件下部连接应变片， 所述四个短刚性杆件端部均设置螺孔，四个螺杆与四个螺孔螺纹连接，四个螺杆与煤岩试 件接触，螺杆和短刚性杆件一体变形，通过计算机后台计算得到煤岩样件径向变形。
[0011] d、内部位移回弹计时器固定在弹簧变形记量光码器外侧，刚性弹簧压缩变形过程 中不记录数据，煤岩样