一种用于力学试验的非均匀应力加载装置的制作方法

本发明专利是一种非均匀应力加载装置，适用于煤、岩体在不均匀应力状态下的变形破坏模拟试验。

背景技术：

目前，加压巷道掘进模拟装置多采用千斤顶对刚性板加压的方式，由于刚性板受载的不均匀性，导致受千斤顶直接压力处受压大，板边缘处压力小，载荷难以控制，且加压方式只能控制为均匀加压，对井下煤岩体应力状态模拟并不全面，兼之该结构较为复杂，易出现故障，为了更好地模拟井下巷道掘进前煤、岩体的不均匀应力状态，研究巷道掘进过程中应力演化规律，需要一种简单易行、能保持恒定压力的非均匀应力加载装置。

技术实现要素：

针对现有应力加载模拟设备存在的不足，本发明设计了一种用于力学试验的非均匀应力加载实验装置，采用膨胀剂对箱体内煤岩试样进行加压，利用多膨胀槽添加不同剂量的膨胀剂形成不均匀加载效果。该装置操作简单、拆卸方便，能保持长时间的固定非均匀应力效果。

本发明专利由盖板(1)、活动挡板(2)、前侧板(3)、后侧板(4)、膨胀槽(5)、底座(6)等6个部件组合而成。其中，在前挡板(3)的传感器安装孔处安装多个压力传感器用来测定煤岩体的应力分布，前侧板(3)和后侧板(4)放置在膨胀槽两侧，通过定制螺杆进行连接固定。活动挡板(2)置于膨胀槽最外侧矮槽板上方，通过盖板(1)、前侧板(3)、后侧板(4)和螺杆的紧固力固定。该装置具体的使用步骤如下：

ⅰ、将调配好的膨胀剂倒入膨胀槽中，通过控制每个槽中膨胀剂的多少来提供不同大小的应力。

ⅱ、向箱体中倒入粉煤煤样和煤焦油，压实后将安装好置于装置顶部的盖板(1)。

ⅲ、通过定制螺杆与膨胀槽的底板固定，箱体组装完成后，通过螺杆与底座固定。

ⅳ、膨胀剂充分反应后，即可得到非均匀应力加载条件下的煤体模型，卸掉活动挡板(2)，便可实现巷道掘进模拟等力学模拟试验。

本装置还可用于其他固体力学模拟试验中非均匀应力的加载。

附图说明

图1为装置组合效果示意图

图2为盖板立体示意图

图3为前侧板立体示意图

图4为膨胀槽立体示意图图中：

1—盖板，2—活动挡板，3—前侧板，4—后侧板，5—膨胀槽，6—底座。

具体实施方式

下面将结合附图，以一次煤体非均匀应力加载下煤巷掘进模拟实验实例对本发明作进一步描述：

本发明由盖板(1)、活动挡板(2)、前侧板(3)、后侧板(4)、膨胀槽(5)、底座(6)等6个部件组合而成。其中实验箱体的盖板(1)采用长度为310mm宽度为204mm的钢板制成，在钢板中间每隔60mm布置一个半径为3mm用来引出压力传感器导线并固定传感器的传感器安置孔(共5个)，在两侧距边缘18mm的位置分别布置间距为90mm的m16螺孔(共8个)以便安装螺杆来固定盖板；活动挡板(2)的长为160mm，宽为130mm，在钻进实验开始前可以拧开固定活动挡板的螺母和螺杆，露出煤层进行相关模拟实验；前侧板(3)采用长度为362mm宽度为260mm的钢板制成，在距离钢板上边缘80mm的位置每间隔60mm布置5个半径为3mm的传感器安置孔，在左右两侧距边缘18mm的位置布置8个用于固定侧板的螺孔；后侧板(4)和前侧板(3)的形状是一致的，但没有用来安装传感器的传感器安置孔；膨胀槽(5)是在尺寸为310mm×204mm的钢板中间开6个130mm长10mm宽的孔槽，然后再槽中分别插入5块130mm×110mm、一块270mm×130mm的钢板，焊接后形成了5个深度为100mm用于装填膨胀剂的槽，通过在各个槽中灌注不同深度的膨胀剂来实现不均匀应力的加载。底座(6)是采用380mm×278mm的铁板中钻4个用于固定的螺孔加工制成，1-5号部件组装完毕后可以通过螺杆固定在底座(6)上。

本发明非均匀应力加载模拟实验装置组装完成后，将调配好的膨胀剂按照实验设计注入膨胀槽(5)内，5个膨胀槽中注入膨胀剂的量是不同的，利用膨胀剂反应后产生不同的体积膨胀来给上部煤体不同的压力，实现煤层不均匀应力的施加。

本掘进巷道相似模拟实验箱体结构简单，能够实现对煤体不同应力的加载，可以用于掘进巷道受压煤层钻进状态的模拟实验。

技术特征：

技术总结
一种用于力学试验的非均匀应力加载装置，适用于受载煤体的力学试验。该装置由盖板、活动挡板、前侧板、后侧板、膨胀槽、底座等6个部分组合而成。其中，前侧板和后侧板放置在膨胀槽两侧，通过定制螺杆进行连接固定；活动挡板置于膨胀槽最外侧矮槽板上方，通过盖板、前侧板、后侧板和螺杆的紧固力固定。其特征在于：膨胀槽分为五个用于装填膨胀剂的槽，通过在不同槽内放置不同剂量的膨胀剂来控制应力加载的不均匀程度。

技术研发人员：王启飞;李成武;王义林;赵越超;艾迪昊
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：2019.01.10
技术公布日：2019.03.01