[发明专利]基于地质力学模型试验的爆破模拟试验装置及方法

摘要

在综合参考爆破模拟试验装置和岩土工程多功能试验装置的基础上，基于地质力学模型试验新技术思路，提出并设计了一套大型三维爆破模拟试验装置及试验方法。该装置主要由反力架(1)和液压千斤顶(2)、试验箱体(3)等组成。通过建立地质构造煤岩体试验模型(4)，采用微药量控制爆破药柱(5)，配以数据监测传感器接口(6)，以实现地质力学模型试验和爆破模拟试验的有机结合。试验装置实现了真三维液压加载，融煤体、岩体和复杂地质构造为一体，可以实现不同节理、结构面和软弱夹层以及断层、褶曲等复杂地质构造带在不同应力状态下的爆破模拟试验，为研究地质构造带安全高效爆破理论提供了一条新的思路和试验方法。

主权项

一种基于地质力学模型试验的大型三维爆破模拟试验装置及方法，其试验装置主要包括试验箱体、应力传递活塞及其附属设备、液压加载系统和数据监测系统。(1)试验箱体包括数据监测传感器接线口、应力传递活塞及其附属设备和微药量控制爆破雷管导线出口及爆破孔。应力传递活塞及其附属设备主要由圆柱形加压活塞杆、活塞底座及其相应的固定螺栓和压力传递加压板组成。试验箱体内腔净尺寸为2800mm×2800mm×2000mm，整个箱体采用30mm厚的Q345钢板焊接而成。箱体上盖板和两侧共布设有77组直径为70mm的圆柱形加压活塞杆，其中上盖板49组，在每个活塞前段连接有一块Q345钢的活塞压力加压板；两侧各14组，两侧各放置两块活塞压力加压板。试验箱体上盖板被平均分成了49个小方格，每个小方格里面通过螺栓固定一个活塞底座，用来放置一个圆柱形加压活塞杆。(2)应力传递活塞及其附属设备的底座底部为边长200mm的正方形，高度为100mm。圆柱形加压活塞杆高度350mm，直径70mm；顶部活塞压力加压板设计成边长为0.4m的正方形，施加垂直应力的上部活塞压力加压板尺寸为400mm×400mm×20mm。施加水平应力的侧部活塞压力加压板尺寸为2800mm×950mm×20mm。加压活塞杆与液压千斤顶相连，可以自由移动，主要作用为传递液压千斤顶的应力。(3)液压加载系统由7组反力架、77组液压千斤顶及其输油管路和液压泵站组成，液压千斤顶通过法兰盘与反力架连接，每一组反力架顶部固定7组液压千斤顶，左右两侧各固定2组液压千斤顶。每一组反力架由液压千斤顶、反力架上横梁、反力架中横梁、反力架加强筋和反力架底横梁组成，反力架厚40mm，净长5660mm，净高3430mm，总体尺寸为5660mm(长)×2800mm(宽)×3430mm(高)。反力架由40mm厚的Q345工字钢焊接而成，反力架加强筋是直径为50mm的钢结构螺旋圆柱。液压千斤顶参数：活塞底座长度250mm，活塞杆行程最大125mm，顶部千斤顶活塞杆实际最大行程105mm；活塞加活塞底座与侧边液压千斤顶预留20mm 孔隙，以方便试验箱体顺利出入反力架。通过控制液压千斤顶的输油管路，关闭或者打开、调节每一组的液压千斤顶的液压泵的压力，可模拟地质构造带的应力释放和应力集中现象。(4)数据监测系统主要由埋入到煤岩体内部的数据监测传感器，如爆破振动探头、应力、金属探针，并通过相应的设备读取传感器探头数据进行分析，如爆破振动采集仪、超动态应变仪数据采集系统。