煤礦采過程中煤體損傷破壞與應(yīng)力場(chǎng)演化是一個(gè)宏觀力學(xué)結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)盡可能避免尺度效應(yīng)影響,同時(shí)要充分考慮應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)移過程中對(duì)煤體的影響因素(包括應(yīng)力場(chǎng)非均布性,載荷作用時(shí)間、圍壓影響等),真實(shí)模擬現(xiàn)場(chǎng)煤體力學(xué)條件?!吧畈坎刹蓜?dòng)應(yīng)力場(chǎng)演變過程試驗(yàn)系統(tǒng)”設(shè)備具有以下幾方面的創(chuàng)新
(1)大尺度煤體非均布加載
試驗(yàn)試樣尺寸{zd0}為“500mm×150mm×500mm”。通過全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)煤體不同位置的載荷進(jìn)行調(diào)整,仿真“內(nèi)、外應(yīng)力場(chǎng)”,同時(shí)記錄初始煤樣應(yīng)力顯現(xiàn)特征,后續(xù)加載時(shí)通過記錄的加載信息對(duì)煤樣進(jìn)行自動(dòng)施壓。
全數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)可以自動(dòng)校正指令信號(hào)與饋信號(hào)之間的誤差,以便于在進(jìn)行測(cè)量時(shí)如實(shí)地重新加載的模式;
(2)巖層剪切試驗(yàn)
設(shè)備{zd0}加載強(qiáng)度為60MPa,圍壓為20MPa。設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)不同硬度巖層剪切試驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)室定量確定抗拉強(qiáng)度等力學(xué)特性,分析頂板初次來壓或周期來壓特征;同時(shí),利用實(shí)驗(yàn)室{zx1}引進(jìn)的掃描電鏡對(duì)斷口進(jìn)行分析,確定不同巖層強(qiáng)度裂斷特征。
(3)煤柱(充填體)穩(wěn)定性長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)
(4)“內(nèi)、外應(yīng)力場(chǎng)”仿真
設(shè)備主要性能指標(biāo)與特點(diǎn)
試驗(yàn)系統(tǒng)整體由:采動(dòng)應(yīng)力加載主框架、加載機(jī)構(gòu)、液壓伺服系統(tǒng)、試驗(yàn)運(yùn)行裝置、測(cè)量系統(tǒng)、數(shù)字模擬控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等組成。
在試件法向上,試驗(yàn)系統(tǒng)有3類可控邊界條件:恒定法向應(yīng)力、恒定法向位移和恒定法向剛度。
在上述邊界和荷載條件下可進(jìn)行:試驗(yàn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo),主要體現(xiàn)在采動(dòng)應(yīng)力加載單元及其伺服控制部分、采動(dòng)應(yīng)力加載單元及其伺服穩(wěn)壓保壓系統(tǒng)。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn),同步加載同步運(yùn)動(dòng)、異步加載異步運(yùn)動(dòng)。
加載控制介紹
垂直加載單元,{zd0}垂直荷載4500kN,法向加載油缸作動(dòng)器{zd0}行程200mm,位移傳感器量程300mm,測(cè)量控制精度達(dá)到示值的±1%。
側(cè)向加載單元,{zd0}水平荷載1200kN,側(cè)向加載作動(dòng)器{zd0}行程200mm,位移傳感器量程300mm。
變形控制采取多支位移傳感器平均值,測(cè)量控制精度達(dá)到示值的±1%。伺服控制部分,荷載加載速率最小{zd0}分別為0.01kN/s和100 kN/s,位移加載速度(位移控制)最小{zd0}速率分別為0.01mm/min和100 mm/min,位移控制穩(wěn)定時(shí)間為3d,其測(cè)量控制精度達(dá)到示值的±1%。系統(tǒng)加載壓力伺服穩(wěn)壓系統(tǒng)(穩(wěn)態(tài)法和瞬態(tài)法),試驗(yàn)機(jī)有足 夠的剛度。
試驗(yàn)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)
煤體試樣尺寸:500mm×150mm×150mm(長(zhǎng)×寬×高)
對(duì)煤樣豎向{zd0}壓力:60MPa
對(duì)煤樣側(cè)向{zd0}壓力:20MPa
豎向加載點(diǎn):5個(gè)
豎向加載行程:0~200mm
豎向可同步異步運(yùn)動(dòng)、同步異步加載
側(cè)向加載點(diǎn):3個(gè)/每側(cè)(計(jì)6個(gè))
側(cè)向加載行程:0~200mm
側(cè)向運(yùn)動(dòng)及加載同步差:<0.01mm
豎向單點(diǎn){zd0}加載能力:900kN
側(cè)向單點(diǎn){zd0}加載能力:500kN
液壓系統(tǒng)壓力:31.5MPa
加載力值精度:<±1%F.S
加載力值分辨率:0.02kN
側(cè)向位移測(cè)量精度:<±1%F.S
位移測(cè)量分辨率:0.01mm
保載精度:<±1%F.S
主機(jī)滿載荷變形:<0.5mm
主機(jī)外形(約):3200mm×2700mm×3000mm(長(zhǎng)×寬×高)
系統(tǒng)占地空間(mm):8000*6000*4500
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