[发明专利]模拟岩爆的钻压一体化试验装置和试验方法

说明书

本发明公开了一种模拟岩爆的钻压一体化试验装置，包括真三轴流固耦合试验系统、电钻、滑动板和刚性支架，前高精度液压缸固定安装在支撑平台上，电钻固定安装在滑动板上，电钻的尾端与前高精度液压缸的压头之间加装有90°倒置的工字钢，刚性支架包括固定板、支撑柱，每根支撑柱的下端安装有一个脚套，支撑平台上设置有与脚套对应的三条T形轨道，脚套套在各自对应的T形轨道上并通过螺栓锁固。同时，本发明还公开了利用钻压一体化试验装置模拟岩爆的试验方法。基于现有的真三轴流固耦合试验系统进行改造，构思巧妙、性能可靠，能够用于模拟岩石在原位应力条件下的岩爆过程，更加贴近现场实际情况。

技术领域

本发明属于隧道或硐室开采技术领域，具体涉及一种基于多功能真三轴流固耦合试验系统的模拟岩爆的钻压一体化试验装置。

背景技术

在地下隧道或硐室开挖中，岩体所处的应力平衡状态被打破，造成局部应力集中，当局部应力大于岩石强度时，岩石破碎，并伴有大量的岩块喷射到工作面，这种现象称为岩爆。

目前，关于岩爆的研究多采用先对岩石试样进行钻孔，后进行加载，以观察岩爆的过程，由于钻孔时岩石试样并未处于应力加载状态，因此仅能模拟应力调整的过程，不能模拟开挖卸荷的状态。而真实环境中开挖卸荷时岩石已处于应力加载状态，岩爆的发生是在开挖卸荷和应力调整共同作用下产生的。为此，研究人员对岩石试样先钻孔，然后在孔内填充相似材料，当进行模拟岩爆试验时，将充填材料凿出，来模拟隧道开挖过程。然而，相似材料与真实的岩石相比，有较大的差异。因此，需要发明一种试验装置，能够将岩石隧道开挖和应力调整结合起来进行岩爆过程的模拟。

发明内容

本发明基于现有的真三轴流固耦合试验系统进行改造，形成一种能模拟岩爆的钻压一体化试验装置，能够用于模拟岩石在原位应力条件下的岩爆过程，更加贴近现场实际情况。

为此，本发明所采用的技术方案为：一种模拟岩爆的钻压一体化试验装置，包括真三轴流固耦合试验系统，所述真三轴流固耦合试验系统的上、下、左、右、前、后六个方位分别设置有带压头的高精度液压缸，前方位的高精度液压缸固定安装在支撑平台上，还包括电钻、滑动板和刚性支架，所述电钻固定安装在滑动板上，电钻的钻头端朝向岩石试样，电钻的尾端与前高精度液压缸的压头之间加装有90°倒置的工字钢，且电钻的钻头正对岩石试样的中心，所述刚性支架包括固定板和支撑柱，滑动板与固定板通过T形槽上下相连实现滑动连接，每三根支撑柱为一组，沿着电钻轴线延伸的方向间隔设置有多组支撑柱共同支承固定板，每组的三根支撑柱呈上部分离、下部岔开的状态，支撑柱的上端焊接在固定板的正下方，每根支撑柱的下端安装有一个脚套，所述支撑平台上设置有与脚套对应的三条T形轨道，所述脚套套在各自对应的T形轨道上并通过螺栓锁固。

作为上述方案的优选，所述电钻能夹持不同直径的钻头对岩石试样进行钻孔。

进一步优选为，所述工字钢两端面均粘有橡胶垫。

同时，本发明还提供了一种利用上述的钻压一体化试验装置模拟岩爆的试验方法，包括以下步骤：

第一步，试件准备和安装；

制备岩石试样，并将制备好的岩石试样放入真三轴流固耦合试验系统的试样腔中；

第二步，装置安装；

选取合适直径的钻头安装到电钻上，将电钻固定在滑动板上，并紧贴工字钢，然后推动滑动板,确保滑动板能够在刚性支架上顺利滑动，再利用螺栓将刚性支架固定在支撑平台上；

第三步，应力加载；

根据试验要求，利用真三轴流固耦合试验系统对岩石试样施加上、下、左、右、后五个方位的应力，并保持应力稳定，设置电钻的一侧不施加应力从而形成临空面；

第四步，岩石钻孔；

控制前精度液压缸的压头向前移动，进而推动工字钢，使电钻匀速前进，在岩石试样的临空面中心处进行钻孔；