[发明专利]一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法

摘要

一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法，实验台包括机械装置和测试系统，机械装置包括煤壁围压加载装置、截割装置、钻涨装置和底座；煤壁围压加载装置能够模拟煤壁在地下所受围压，截割装置用于实现截割装置的推进和破岩，其截割电机与减速器之间接有转矩转速传感器，用于实时测量截割头破岩时的转矩和转速；钻涨装置用于实现对煤壁的钻孔与涨裂，凿岩装置中安装有位移传感器，用于测量凿岩机的推进距离，涨裂装置中安装有油压传感器，可以测量涨裂时液压油的压力，最终用过测试系统采集、处理和分析数据。本发明能够对煤壁进行定点钻孔、涨裂，并进行截割实验，在实验过程中能够采集所需数据，通过分析实验数据对钻、涨、截割联合破岩工艺进行合理优化。

主权项

1.一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台测试方法，其使用的实验台包括机械装置和测试系统，机械装置包括煤壁围压加载装置(1)、截割装置(2)、钻涨装置(3)和底座(4)；煤壁安装在煤壁围压加载装置(1)上，底座(4)正对煤壁围压加载装置(1)设置并安装有截割装置(2)和钻涨装置(3)；煤壁围压加载装置(1)通过围压液压缸(1‑8)对煤壁产生围压，在围压液压缸(1‑8)进口处安装围压油压传感器(1‑13)；截割装置(2)通过截割电机(2‑3)和减速器(2‑2)驱动，在截割电机(2‑3)输出轴与减速器(2‑2)输入轴之间安装转速转矩传感器(2‑7)，截割装置(2)还通过截割推进液压缸(2‑5)推进，在截割推进液压缸(2‑5)入油口段安装推进缸油压传感器(2‑8)；钻涨装置(3)包括凿岩机(3‑1)和涨裂器(3‑2)，在涨裂器(3‑2)的进油端安装涨裂器油压传感器(3‑4)，在凿岩机(3‑1)上设有位移传感器(3‑5)；围压油压传感器(1‑13)、转速转矩传感器(2‑7)、推进缸油压传感器(2‑8)、涨裂器油压传感器(3‑4)和位移传感器(3‑5)分别与测试系统相连；其特征在于，包括如下步骤： a、将煤壁(1‑1)放置在煤壁滑块(1‑2)上并通过控制液压缸Ⅰ(1‑4)将煤壁滑块推动，并控制围压液压缸(1‑8)对煤壁(1‑2)施加围压，利用测试系统采集围压液压缸(1‑8)上围压油压传感器(1‑13)的油压数据； b、通过液压缸Ⅳ(1‑12)推动煤壁围压加载装置(1)，控制双三角式机械臂(3‑3)，使凿岩机(3‑1)在煤壁(1‑1)指定位置打孔，利用测试系统采集凿岩机(3‑1)位移传感器(3‑5)的数据，并计算出凿岩机(3‑1)在煤壁(1‑1)上打孔的深度； c、打孔结束后，控制双三角式机械臂(3‑3)，使涨裂器(3‑2)对指定的孔进行涨裂，利用测试系统采集涨裂器油压传感器(3‑4)的数据，得到涨裂时的油压； d、移动煤壁(1‑1)，开启截割电机(2‑3)，控制截割推进液压缸(2‑5)对煤壁(1‑1)进行截割，利用测试系统采集推进缸油压传感器(2‑8)的数据和转速转矩传感器(2‑7)的数据，并计算得到截割作业时，截割部(2‑1)所受轴向力和扭矩； e、根据经过步骤a、b、c、d得到的工作状态下截割部(2‑1)所受轴向力和扭矩的大小，对比只进行步骤d得到工作状态下截割部(2‑1)所受轴向力和扭矩的大小，得到钻孔并涨裂对降低岩石硬度的影响； f、根据经过步骤a、b、d得到工作状态下截割部(2‑1)所受轴向力和扭矩的大小，对比只进行步骤d得到工作状态下截割部(2‑1)所受轴向力和扭矩的大小，得到钻孔对降低岩石硬度的影响； g、通过改变步骤a中围压压力的大小、步骤b中打孔的深度、步骤c中涨裂所用压力的大小，对比截割实验中推进缸油压传感器(2‑8)的数据和转速转矩传感器(2‑7)的数据，得到改变单个变量对截割的影响。