[发明专利]一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元

说明书

本发明公开了一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元，包括顶底板夹具，侧向非卸载面夹具，侧向卸载面夹具和声发射探头组件；所述顶底板夹具为两个，每个夹具包含一个位于夹具中心的声发射探头组件；侧向非卸载面夹具为三个，每个夹具各包含两个呈对角线布置的声发射探头组件。该监测单元不仅可以直接接触煤岩体进行准确监测，而且可以实现三轴加载、保压及单面卸载的功能，同时可以准确探测煤岩体受载期间的微破裂事件与清晰波形。

技术领域

本发明涉及一种监测单元，特别是一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元。

背景技术

随着全球经济的飞速发展，世界各国对各种矿产资源的需求量均日益增加，埋藏于浅层的矿产资源已远远不能满足人类的需要，各国对资源的开采活动不断向地层深部延伸。虽然目前人类对浅层的地下工程有了一系列完整的研究成果，但是由于深部岩体在高地应力的作用下，其变形破坏机理与浅部岩体有很大不同，人类采用多种物理手段探测发现，深部巷道围岩的破坏会出现破裂区与非破裂区交替出现的分区破裂化现象。

相比于常规三轴实验，真三轴实验可将围压进一步划分为中间主应力(σ₂)与最大(小)主应力(σ₁(σ₃))，实现三向应力的独立控制，可更加真实地模拟复杂地质条件下由地下工程开挖所引起的复杂应力路径的演化，深层次探究深部煤岩体的力学性能与破坏机制。

作为一种广泛采用的无损监测方法，声发射法通过对检测对象进行声发射识别，确定检测对象的损伤性质与程度，满足了快速动态监测和损伤评价的要求。在岩石力学实验中，当加载压力仅为煤岩结构损坏所需压力的20％时，便会产生应力波并传播能量，且声发射信号强度将随加载压力的增加而愈发剧烈。因此，通过在煤岩体试样周围安放多个声发射探头，进行实验期间的同步采集与数据处理分析，便可对煤岩体的失稳破坏特性进行评价。

目前大多数现有的真三轴实验只能通过在油缸、夹具外部安装超声波、声发射等监测设备进行探测，无法直接接触煤岩体进行准确监测，由此将产生较大的监测误差，同时也较难定位到内部的裂隙位置。

虽然有些专利设计出了能够实现微破裂准确定位的真三轴物理力学成像单元，但还无法实现单面卸荷、动载冲击等复杂应力路径的实验。

发明内容

本发明的目的是提供一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元，不仅可以直接接触煤岩体进行准确监测，而且可以实现三轴加载、保压及单面卸载的功能，同时可以准确探测煤岩体受载期间的微破裂事件与清晰波形。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种真三轴采动煤岩体动力显现实验的声发射监测单元，包括顶底板夹具，侧向非卸载面夹具，侧向卸载面夹具和声发射探头组件，所述顶底板夹具为两个，每个夹具包含一个位于夹具中心的声发射探头组件，侧向非卸载面夹具为三个，每个夹具各包含两个呈对角线布置的声发射探头组件；

所述侧向非卸载面夹具包括临试样夹具组件一和临压头夹具组件一，所述临试样夹具组件一和所述临压头夹具组件一通过螺栓连接，所述临试样夹具组件一呈对角线设置有沿其厚度方向贯通的圆孔一、与圆孔一相通并垂直于侧边的凹槽一，所述临压头夹具组件一呈对角线设置有沿其厚度方向的盲孔一、与盲孔一相通并垂直于侧边的凹槽二，所述圆孔一与盲孔一同轴，盲孔一的直径大于圆孔一的直径，形成台阶孔一，凹槽一与凹槽二的形状、位置对应，形成侧向非卸载面夹具凹槽；

所述顶底板夹具包括临试样夹具组件二和临压头夹具组件二，临试样夹具组件二和临压头夹具组件二通过螺栓连接，所述临试样夹具组件二的中心处开有沿其厚度贯通的圆孔二、与圆孔二相通并垂直于侧边的凹槽三，所述临压头夹具组件二设置有沿其厚度方向的盲孔二、与盲孔二相通并垂直于侧边的凹槽四，所述圆孔二与盲孔二同轴，盲孔二的直径大于圆孔二的直径，形成台阶孔二，凹槽三与凹槽四的形状、位置对应，形成顶底板夹具凹槽；

所述侧向卸载面夹具为实心矩形钢板；