专利名称：煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对煤岩进行双面剪切试验的装置。
背景技术：
随着煤矿开采规模及强度的逐年加大，冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板事故等煤岩动力灾害日益严重。其中，冲击地压以其突然、急剧、猛烈的破坏特征严重威胁着矿山的安全生产，给我国煤矿造成了巨大的经济损失和人员伤亡。作为一种矿山动力灾害现象，冲击地压通常是在煤岩力学系统达到强度极限时，聚积在煤岩体中的弹性能量突然释放，造成煤岩体振动和破坏，并将煤岩抛向井巷，造成支架、设备和井巷的破坏以及人员的伤亡等。随着煤矿开采深度及强度的不断增加，冲击矿井和冲击地压危害程度呈明显的上升趋势。因此，深入开展冲击地压的研究，对于保证矿井安全高效生产意义重大。另外，随着开采深度的增加，地质条件的恶化，煤与瓦斯突出事故频发，严重威胁着我国煤矿的安全生产。如何认识煤与瓦斯突出机理及依此提出相应的预测预防措施，提高我国煤矿生产的安全程度，也是摆在煤炭行业科研工作者面前的一个亟待解决的科学难题。冲击地压、煤与瓦斯突出、顶板事故等煤岩动力灾害均与煤岩体双面剪切破断过程与破断机理密切相关。因此，开展不同影响因素下煤岩体的双面剪切力学特性研究，特别是从细观尺度，对煤岩剪切破坏过程中裂纹的产生、扩展直至断裂的动态过程进行研究，可为采场顶板破断过程、冲击地压、煤与瓦斯突出等相关动力现象给予更为科学的解释，对更深层次地揭示冲击地压、煤与瓦斯突出机理及更科学合理地提出预测预防措施具有重要的理论价值和工程指导意义。现有的研究设备主要局限于岩体结构面滑移力学特性、混凝土强度、钢构件剪切特性的研究，且加载方式单一，如CN10194982B中公开了的剪切试验装置。目前还缺乏一种行之有效的试验方法及专门设备来开展煤岩材料在双面剪切载荷作用下受各种影响因素煤岩材料内部和表面裂纹开裂扩展演化规律方面的研究。因此本领域技术人员致力于开发一种能够对试件进行双面剪切试验的装置。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够对试件进行双面剪切试验的装置。为实现上述目的，本发明提供了一种煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，包括本体；所述本体上设置有试件腔；所述试件腔内设置有支座；所述本体的顶壁为分体式结构，包括结构对称的左顶壁和右顶壁；所述左顶壁和右顶壁间隔设置，构成压头安装口 ；所述本体的前后两端均为开口 ；所述支座正对所述压头安装口处设置有凹槽；所述本体的左侧壁设置有导向孔。为便于安装试件，所述左顶壁和右顶壁的形状均为首尾相接的矩形和梯形，且两梯形的上底相对。
为提高试验精度，所述本体的后端下部、左右两侧对称设置有第一定位螺栓和第二定位螺栓；所述本体的后端中部、左右两侧对称设置有第三定位螺栓和第四定位螺栓。为便于操作，所述本体的前端下部、左右两侧对称设置有第一推拉柱和第二推拉柱。较佳的，所述第一推拉柱和第二推拉柱与所述本体螺纹连接。为提高试验效果，所述凹槽的宽度为40mm ;所述凹槽的底面与所述本体的底面距离为38mm ;所述支座的顶面与所述本体的底面距离为50mm ;所述导向孔的中心线与所述本体的底面距离为70mm。本发明的有益效果是:(I)本发明可用于流固耦合作用下煤岩及中软岩石的双面剪切力学试验，特别是为瓦斯压力作用下煤岩剪切细观力学试验提供了更为可靠的试验手段，为从细观角度研究冲击地压、煤与瓦斯突出机理提供了新的试验方法。(2)本发明既可进行限制性双面剪切，也可进行非限制性双面剪切试验，既可进行含瓦斯煤岩的双面剪切细观力学试验，也可进行不含瓦斯煤岩或岩石的双面剪切细观力学试验，试件的安装、调试及拆卸也更为方便。(3)本发明整体设计上具有结构简单，加工成本低，可靠性好，操作方便等特点。(4)本发明在满足实验要求的前提下，对各部件的尺寸进行了优化，既满足了结构上的简单化，同时也提高了试验精度，并大大降低了加工成本。
图1是本发明一具体实施方式
的结构示意图。图2是图1的俯视结构示意图。图3是图1的左视结构示意图。图4是本发明的试件安装示意图。图5是本发明加载试验示意图。图6是图5的俯视结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:如图1至图3所示，一种煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，包括本体1，本体I上设置有试件腔2。本体I的顶壁为分体式结构，包括结构对称的左顶壁Ia和右顶壁lb，左顶壁Ia和右顶壁Ib间隔设置，构成压头安装口 3。左顶壁Ia和右顶壁Ib的形状均为首尾相接的矩形和梯形，且两梯形的上底相对。本体I的前后两端均为开口。试件腔2内设置有支座4，支座4正对压头安装口 3处设置有凹槽5。本体I的左侧壁设置有导向孔6。凹槽5的宽度LI为40mm ;凹槽5的底面与本体I的底面距离L2为38mm ;支座4的顶面与本体的底面距离L3为50mm ;导向孔6的中心线与本体的底面距离L4为 70mm。
本体I的后端下部、左右两侧对称设置有第一定位螺栓7a和第二定位螺栓7b ;本体I的后端中部、左右两侧对称设置有第三定位螺栓7c和第四定位螺栓7d。本体I的前端下部、左右两侧对称设置有第一推拉柱8a和第二推拉柱Sb。第一推拉柱8a和第二推拉柱8b与本体I螺纹连接。左顶壁Ia上前后对称设置有贯通的第一紧定螺孔9a和第二紧定螺孔9b ;右顶壁Ib上设置有与第一紧定螺孔9a和第二紧定螺孔9b对称的第三紧定螺孔9c和第四紧定螺孔9d。利用本发明可按以下步骤进行试验:(I)试件制备。(2)试件安装:如图4所示把试件14放在支座4上，试件的中间40mm长度正对凹槽5，左、右两侧各用试件定位压板10夹持；在各紧定螺孔中拧入紧定螺栓11，在试件上对应各紧定螺栓11的正下方放置限位垫板12，拧紧各紧定螺栓11 ;将垂向过渡压头15置于压头安装口 3处，侧向过渡压头13置于导向孔6中，且侧向过渡压头13抵住左侧的定位压板，如图5所示。(3)装机。如图5和图6所示，将CN10194982B中公开了的夹具本体放置于压力试验机加载台上，并根据裂纹观测系统的观测方向调整好位置，使垂向压轴与试验机加载头处于同一中心线上；将声发射探头贴在试件非观测面上，并用声发射信号传输线将探头与计算机系统连接好；利用两个推拉柱把上述试验装置100放入夹具本体200的试验腔内，利用上述试验装置上的四个定位螺栓定位；将垂向压轴和侧向压轴分别与垂向过渡压头和侧向过渡压头接触好，用压力试验机和液压油泵分别给垂向压轴和侧向压轴施加一定的预紧力；上好前、后盖将试验腔密封；连接好瓦斯供给系统；连接好裂纹观测系统；并检查各系统工作是否正常。(4)真空脱气。检查夹具本体试验腔的气密性，打开三通阀门，用真空泵进行脱气，脱气时间一般2_3h，以保证良好的脱气效果。(5)充气吸附平衡。脱气后，关闭三通阀门，调节高压甲烷钢瓶出气阀门，施加预定的瓦斯压力，向夹具本体的试验腔内充气，充气时间一般为24h，使煤样瓦斯充分吸附平衡。(6)进行试验。开启压力试验机和各测量系统，按照制定的试验方案进行不同条件下的加载；通过压力试验机系统记录剪应力和剪切位移；通过声发射系统则记录试件内部损伤发出的声发射信号；通过裂纹观测系统观测裂纹的发展并捕捉图片。一个试件做完后，拆卸试件，并重复(2)- (6)步骤进行下一轮试验。(7)测定参数。所要记录的参数有:剪应力、剪切位移、瓦斯压力、正应力、裂纹发展的图片及录影、声发射信号等。以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
权利要求
1.一种煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，其特征是:包括本体(I);所述本体(I)上设置有试件腔(2);所述试件腔(2)内设置有支座(4);所述本体(I)的顶壁为分体式结构,包括结构对称的左顶壁(Ia)和右顶壁(Ib);所述左顶壁(Ia)和右顶壁(Ib)间隔设置，构成压头安装口(3);所述本体(I)的前后两端均为开口 ；所述支座(4)正对所述压头安装口(3)处设置有凹槽(5);所述本体(I)的左侧壁设置有导向孔(6);所述左顶壁(Ia)上前后对称设置有贯通的第一紧定螺孔(9a)和第二紧定螺孔(9b);所述右顶壁(Ib)上设置有与所述第一紧定螺孔(9a)和第二紧定螺孔(9b)对称的第三紧定螺孔(9c)和第四紧定螺孔(9d)。
2.如权利要求1所述的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，其特征是:所述左顶壁(Ia)和右顶壁(Ib)的形状均为首尾相接的矩形和梯形，且两梯形的上底相对。
3.如权利要求1所述的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，其特征是:所述本体(I)的后端下部、左右两侧对称设置有第一定位螺栓(7a)和第二定位螺栓(7b);所述本体(I)的后端中部、左右两侧对称设置有第三定位螺栓(7c)和第四定位螺栓(7d)。
4.如权利要求1所述的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，其特征是:所述本体(I)的前端下部、左右两侧对称设置有第一推拉柱(8a)和第二推拉柱(Sb )。
5.如权利要求4所述的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，其特征是:所述第一推拉柱(8a)和第二推拉柱(8b)与所述本体(I)螺纹连接。
6.如权利要求1所述的煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，其特征是:所述凹槽(5)的宽度(LI)为40mm ;所述凹槽(5)的底面与所述本体(I)的底面距离(L2)为38mm ；所述支座(4)的顶面与所述本体的底面距离(L3)为50mm ;所述导向孔(6)的中心线与所述本体的底面距离(L4)为70mm。
全文摘要
本发明公开了一种煤岩双面剪切细观开裂演化过程试验装置，包括本体；所述本体上设置有试件腔；所述试件腔内设置有支座；所述本体的顶壁为分体式结构，包括结构对称的左顶壁和右顶壁；所述左顶壁和右顶壁间隔设置，构成压头安装口；所述本体的前后两端均为开口；所述支座正对所述压头安装口处设置有凹槽；所述本体的左侧壁设置有导向孔；所述左顶壁上前后对称设置有贯通的第一紧定螺孔和第二紧定螺孔；所述右顶壁上设置有与所述第一紧定螺孔和第二紧定螺孔对称的第三紧定螺孔和第四紧定螺孔。本发明可适应性广、结构简单，加工成本低，可靠性好，操作方便等特点。
文档编号G01N3/24GK103105338SQ20131002511
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月23日 优先权日2013年1月23日
发明者许江, 尹光志, 王维忠, 程立朝, 刘婧, 彭守建, 刘 东, 李波波, 冯丹, 苏小鹏 申请人:重庆大学