[发明专利]一种动静载叠加式岩石力学试验机及试验方法

说明书

本发明提供了一种动静载叠加式岩石力学试验机及试验方法，涉及岩石力学试验技术领域，包括静态加载装置、动态加载装置和监测系统，静态加载装置包括顶梁、立柱、加载油缸、承压柱和横梁，动态加载装置包括蓄能弹簧、伸缩柱、蓄能控制油缸、电磁铁、升降油缸和防护垫板；顶梁下方的两侧设置有立柱，加载油缸设置在底座上，伸缩柱和蓄能控制油缸设置在顶梁和横梁之间，伸缩柱上套设有蓄能弹簧，蓄能控制油缸下端设置有电磁铁，横梁和立柱之间设置有升降油缸和防护垫板，伸缩柱和顶梁之间设置有蓄能荷载传感器；以及利用该试验机研究岩石试件冲击破坏的方法，实现了对同一岩石试件进行静态和动态同步加载的试验目的，还具有控制灵活、方便等优点。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，尤其是一种动静载叠加的岩石力学试验机，以及利用该试验机进行试验方法。

背景技术

冲击地压是由于储存在矿山井巷和采场周围煤岩体内的变形能瞬间释放而产生的剧烈破坏的动力现象，是矿山开采中典型动力灾害之一，其严重制约着矿山安全高效生产，其生成环境、发生地点、显现形态更是多种多样。针对冲击地压诱发机理，国内外学者提出了多种理论，其中动静载叠加诱冲机理认为冲击矿压是煤岩体内部静载与外部动载共同作用的结果，当煤岩体中静载荷与动载叠加之和大于诱发煤岩体冲击的临界载荷，就可能诱发冲击灾害，该理论对冲击地压预测与防治提供了一定的理论依据。

室内岩石力学试验是研究冲击地压发生物理力学特征的重要手段，根据加载方式的不同，现阶段岩石力学试验机主要分为两类：一类为静载试验机，例如常规岩石力学试验机可用来测定煤体动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数、单轴抗压强度四个指数来研究煤体的冲击倾向性能。另一类为动载试验机，例如冲击试验机等，可用来研究动载作用下岩石瞬时破坏特征。

上述试验机仅用于静态加载或者动载冲击试验，但是动静载叠加诱发冲击地压的理论需要研究动静载荷叠加情况下的岩石力学性质，因此需要将静载施加和动载能量冲击两种功能相结合进行室内试验，才能更加深入的揭示岩石冲击破坏机理。因此，为实现对同一岩石试件进行静态和动态同步加载的试验目的，有必要研发一种具备静态加载与动载能量冲击两种试验功能、且可进行冲击能量监测的岩石力学试验机。

发明内容

为实现对同一岩石试件既进行静态加载又进行动态加载的技术问题，本发明提供了一种动静载叠加式岩石力学试验机及试验方法，具体技术方案如下。

一种动静载叠加式岩石力学试验机，包括静态加载装置、动态加载装置和监测系统，静态加载装置包括顶梁、立柱、加载油缸、底座、承压柱和横梁，动态加载装置包括蓄能弹簧、伸缩柱、蓄能控制油缸、电磁铁、升降油缸和防护垫板；所述静态加载装置的顶梁下方的两侧设置有立柱，加载油缸设置在底座上，承压柱设置在加载油缸上方；所述动态加载装置的伸缩柱和蓄能控制油缸设置在顶梁和横梁之间，伸缩柱上套设有蓄能弹簧，蓄能控制油缸下端设置有电磁铁，横梁和立柱之间设置有升降油缸和防护垫板。

进一步的，监测系统包括蓄能荷载传感器、第一荷载传感器、第二荷载传感器和冲击位移传感器；伸缩柱和顶梁之间设置有蓄能荷载传感器，加载油缸上方设置有第一荷载传感器，横梁下方设置有第二荷载传感器；顶梁下方还设置有冲击位移传感器。

进一步的，横梁两端设置有滚珠，立柱上设置有和滚珠配合的卡槽。

还进一步的，升降油缸设置在横梁下方的两侧，防护垫板和升降油缸相邻布置，防护垫板上端面和横梁的距离大于横梁的最大冲击位移。

还进一步的，加载油缸、蓄能控制油缸、电磁铁和升降油缸受控制系统的控制。

一种动静载叠加岩石力学试验方法，利用上述的一种动静载叠加式岩石力学试验机，步骤包括：

A.根据蓄能弹簧的劲度系数和和设计弹性能量值确定蓄能弹簧压缩变形值，通过蓄能弹簧压缩变形值确定蓄能控制油缸的行程；