一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，包括盒体、撞击锤、煤岩试样和应变片，盒体的一端敞开，另一端封闭，撞击锤的头部由盒体敞开端伸进盒体内，撞击锤的柄部与冲击机构相连，盒体封闭端设置煤岩试样和应变片，在盒体侧面设置进水口和出水口。本发明基于现场复杂条件简化实验过程，构建室内爆破模拟实验平台深入研究煤岩孔内充水承压固液耦合爆破机理，挖掘煤岩孔内充水承压爆破技术特点，为确定合理爆破参数和新型爆破技术的推广提供依据。
【专利说明】
一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，可以实现煤岩孔内充水承压固液耦合爆破作用机理的物理模拟研究。
【背景技术】
[0002]坚硬煤岩的预裂控制、顶煤的预裂与回收、深部高应力的卸压转移及动载防治等，均是我国现代化矿井安全高效开采中经常面临的重要问题。随着经济建设的迅速发展，岩石爆破技术在水利、水电、矿山、交通等领域获得了广泛应用，带来了巨大的经济和社会效益，但是该技术在煤矿复杂环境中的推广应用却受到一定限制，尤其对于煤层深孔条件下的钻孔成型与装药封孔等工序均存在较大困难，而水压爆破基于水的不可压缩性及其惯性效应，其爆破效果要高于孔内普通装药爆破条件，但是由于传统水压爆破工艺繁杂，钻孔注水封孔工序及设备配备的受限，该技术在煤矿生产中也没有得到充分认识和应用。因此，煤矿生产中亟需改进传统爆破技术，以达到低耗、高效能的煤岩爆破防治效果。
[0003]围岩孔内充水承压爆破是在总结普通装药爆破和水压爆破技术优点的基础上，提出的一项煤岩孔内充水承压爆破新技术，主要基于水的高密度、不可压缩性、高效均匀传载特性以及孔壁破损围岩浸润层孔裂隙高压水的“水楔”增裂原理。其特点在于将原钻孔内的空气介质或静水介质代以承压水介质，提高孔内传爆介质的波阻抗，减少爆破能量损失，加强孔内爆炸冲击波的破岩导向，并充分发挥孔壁围岩浸润层内承压孔裂隙水的“水楔”增裂和均匀传载作用，增加围岩破裂范围，降低煤岩单位体积炸药量，较好地实现爆炸超动载作用下的静态破岩效果，简化深孔装药工序，并通过承压水的冷却与隔离，有效过滤和抑制高温、火花、有害气体及飞石等有害产物的产生，改善爆破作业环境，保障矿井安全高效生产。
[0004]在此基础上，为深入研究煤岩孔内充水承压固液耦合爆破作用机理，需在实验室内模拟煤岩孔内充水承压爆破过程，实现孔内充水承压爆破过程的物理模拟分析，为确定合理的爆破参数和新型爆破技术的推广提供实验依据。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明目的是提供一种用于模拟分析煤岩孔内充水承压固液耦合爆破过程的模拟装置。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案:一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，包括盒体、撞击锤、煤岩试样和应变片，盒体的一端敞开，另一端封闭，撞击锤的头部由盒体敞开端伸进盒体内，撞击锤的柄部与冲击机构相连，盒体封闭端设置煤岩试样，煤岩试样上贴有应变片，在盒体侧面设置进水口和出水口。
[0007]进一步的，还包括水层厚度调节件，水层厚度调节件设置环形槽，盒体的敞开端伸入水层厚度调节件的环形槽内，并使环形槽的内侧壁抵住撞击锤的头部，环形槽的外侧壁间隔设置多排调节孔，盒体的敞开端与调节孔相对应的位置设置一排螺栓孔。
[0008]进一步的，所述冲击机构采用霍普金森压杆实验系统，将霍普金森压杆实验系统的入射杆与撞击锤的柄部固定，并且入射杆轴线与撞击锤轴线重合。
[0009 ]进一步的，所述进水口设置进水口单向阀，进水口单向阀连接伺服水栗，所述出水口设置出水口截止阀。
[0010]进一步的，所述盒体侧面设置引线孔，引线孔设置密封扣，所述应变片引线通过引线孔与超高速动态信号采集仪连接。
[0011]进一步的，所述撞击锤的头部外缘设置密封圈。
[0012]进一步的，所述盒体内侧贴有应变片。
[0013]有益效果:本发明基于现场复杂条件简化实验过程，构建室内爆破模拟实验平台深入研究煤岩孔内充水承压固液耦合爆破机理，挖掘煤岩孔内充水承压爆破技术特点，为确定合理爆破参数和新型爆破技术的推广提供依据。
【附图说明】
[0014]图1是煤岩孔内充水承压爆破模拟装置的装配图；
[0015]图2是爆破模拟装置盒体的主视图；
[0016]图3是爆破模拟装置盒体的侧视图；
[0017]图4是爆破模拟装置撞击锤的主视图；
[0018]图5是爆破模拟装置撞击锤的侧视图；
[0019]图6是水层厚度调节件的主视图；
[0020]图7是水层厚度调节件的侧视图。
[0021 ]图中:1-盒体，2-水层厚度调节件，3-调节孔，4-撞击锤，5-螺栓孔，6_进水口，7_出水口，8-螺母，9-密封圈，I O-入射杆，11-引线孔，12-密封扣，13-煤岩试样，14-承压水，15-应变片，16-进水口单向阀，17-出水口截止阀，18-环形槽。
【具体实施方式】
:
[0022]下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
[0023]如图1至7所示，本发明的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，包括盒体1、撞击锤4、煤岩试样13、应变片15和水层厚度调节件2。
[0024]盒体I是由厚壁无缝钢管与底座焊接而成，盒体I的一端敞开，另一端封闭。
[0025]撞击锤4的头部由盒体I敞开端伸进盒体I内，并且在所述撞击锤4的头部外缘设置密封圈9。撞击锤4的柄部与冲击机构相连，所述冲击机构采用霍普金森压杆实验系统，将霍普金森压杆实验系统的入射杆10与撞击锤4的柄部固定，并且入射杆10轴线与撞击锤4轴线重合。
[0026]在盒体I封闭端设置煤岩试样13，煤岩试样13上和盒体I内侧贴有应变片15，在盒体I侧面设置进水口 6、出水口 7和引线孔11。所述进水口 6设置进水口单向阀16，进水口单向阀16连接伺服水栗，所述出水口 7设置出水口截止阀17，所述应变片15引线通过引线孔11与超高速动态信号采集仪连接。
[0027]水层厚度调节件2设置环形槽18，盒体I的敞开端伸入水层厚度调节件2的环形槽18内，并使环形槽18的内侧壁抵住撞击锤4的头部，环形槽18的外侧壁间隔设置多排调节孔3，盒体I的敞开端与调节孔3相对应的位置设置一排螺栓孔5。
[0028]本发明模拟装置具体实施步骤如下:
[0029]1)、根据实验要求，实验装置撞击锤4轴线与霍普金森压杆系统的入射杆10轴线保持在同一水平直线上，在撞击锤4头部外缘的环形凹槽内安装密封圈9，测试其双向运动状态下对盒体内承压水的密封性；
[0030]2)、测试完成后取出撞击锤4，在盒体底部放置贴好应变片15的煤岩体试样13，并在盒体内煤岩相似材料贴片上补贴应变片15测量承压水中波的传播传载特性，然后重新安装撞击锤4，并在盒体I和水层厚度调节件2上选取对应的调节孔3和螺纹孔5，采用螺母8固定水层厚度调节件2 ；
[0031]3)、打开进水口单向阀16和出口水截止阀17，设定伺服水栗的工作压力，开始低流量供水，当出水口 7出水且流量稳定后关闭出水口截止阀17，此时盒体I内持续注入承压水14直至预设压力；
[0032]4)、将应变片引线连接至超动态信号采集系统，待盒体I内承压水14处于稳压状态后，开启霍普金森压杆实验系统，盒体内的撞击锤4瞬间获取入射杆10上的冲击压力，模拟爆破应力波作用于盒体I内的承压水14和煤岩体试样13，超高速动态信号采集仪同步采集数据信息；
[0033]5)、待煤岩孔内充水承压爆破模拟实验完成后，打开盒体I出水口侧的截止阀17释放盒体内的承压水14，拆卸水层厚度调节件2和撞击锤4，记录观测煤岩体试样13破坏形态；
[0034]6)、重复上述步骤进行不同煤岩试样13的充水承压爆破模拟实验。
[0035]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:包括盒体(I)、撞击锤(4)、煤岩试样(13)和应变片(15)，盒体(I)的一端敞开，另一端封闭，撞击锤(4)的头部由盒体(I)敞开端伸进盒体(I)内，撞击锤(4)的柄部与冲击机构相连，盒体(I)封闭端设置煤岩试样(13)，煤岩试样(13)上贴有应变片(15)，在盒体(I)侧面设置进水口(6)和出水口(7)。2.根据权利要求1所述的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:还包括水层厚度调节件(2)，水层厚度调节件(2)设置环形槽(18)，盒体(I)的敞开端伸入水层厚度调节件(2)的环形槽(18)内，并使环形槽(18)的内侧壁抵住撞击锤(4)的头部，环形槽(18)的外侧壁间隔设置多排调节孔(3)，盒体(I)的敞开端与调节孔(3)相对应的位置设置一排螺栓孔(5)。3.根据权利要求1所述的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:所述冲击机构采用霍普金森压杆实验系统，将霍普金森压杆实验系统的入射杆(10)与撞击锤(2)的柄部固定，并且入射杆(10)轴线与撞击锤(4)轴线重合。4.根据权利要求1所述的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:所述进水口(6)设置进水口单向阀(I6)，进水口单向阀(I6)连接伺服水栗，所述出水口(7)设置出水口截止阀(17)。5.根据权利要求1所述的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:所述盒体(I)侧面设置引线孔(U)，引线孔(11)设置密封扣(12)，所述应变片(15)引线通过引线孔(II)与超高速动态信号采集仪连接。6.根据权利要求1所述的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:所述撞击锤(2)的头部外缘设置密封圈(9)。7.根据权利要求1所述的一种煤岩孔内充水承压爆破模拟装置，其特征在于:所述盒体(I)内侧贴有应变片(15)。
【文档编号】G01M99/00GK106092626SQ201610389432
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月2日 公开号201610389432.5, CN 106092626 A, CN 106092626A, CN 201610389432, CN-A-106092626, CN106092626 A, CN106092626A, CN201610389432, CN201610389432.5
【发明人】杨敬轩, 刘长友, 陈宝宝
【申请人】中国矿业大学