煤礦動力災害多參數耦合測定裝置制造方法
【專利摘要】煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，涉及一種煤礦動力災害測定裝置。可實際模擬煤礦井下動力災害發生環境，準確測定動力災害發生時圍巖應力、瓦斯壓力。兩個垂直向同步加載液壓缸與耐高壓剛性密閉殼體上下表面固連，兩個垂直向同步加載液壓缸缸桿與設置在耐高壓剛性密閉殼體內的壓塊一固連；兩個水平向同步加載液壓缸缸體與耐高壓剛性密閉殼體左右外側面固連，兩個水平向同步加載液壓缸缸桿與設置在耐高壓剛性密閉殼體內的壓塊二固連；兩個垂直向同步加載液壓缸缸體無桿腔通過兩根管路一與兩個小柱塞式液壓缸一缸體連通，兩個水平向同步加載液壓缸缸體無桿腔通過兩根管路二與兩個小柱塞式液壓缸二缸體連通。本實用新型用于煤礦動力災害參數測定。
【專利說明】煤礦動力災害多參數耦合測定裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種煤礦動力災害測定裝置。
【背景技術】
[0002]礦井深部開采動力災害形成機制復雜，誘發因素眾多。礦井動力災害與煤巖物理力學性質密切相關，與地溫、煤層賦存和地質構造等因素有關，是地應力和瓦斯壓力等因素共同作用的結果。
[0003]現有煤礦動力災害指標測試裝置主要包括圍巖動力災害測試裝置和煤與瓦斯突出測試裝置。圍巖動力災害測試裝置主要使用巖石力學測試系統，煤與瓦斯突出測試裝置主要用于測試動力災害發生時瓦斯壓力指標。兩種測試裝置相互獨立，指標參數互不相關，不能測定圍巖應力、瓦斯壓力和溫度參數對動力災害的共同作用下的指標參數，不能揭示動力災害發生的多因素耦合機理，很難對礦井動力災害進行測試、監測。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，它可實際模擬煤礦井下動力災害發生的環境，準確測定動力災害發生時圍巖應力、瓦斯壓力，為建立動力災害多因素耦合監測預警模型提供數據支持，為動力災害監測預警提供指標參數。
[0005]實現上述目的，本實用新型采取的技術方案是:
[0006]煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，它包括耐高壓剛性密閉殼體、壓力變送器、密封加載液壓缸、充氣系統、控制系統一、控制系統二、兩個垂直向同步加載液壓缸、兩個水平向同步加載液壓缸、兩個小柱塞式液壓缸一、兩個小柱塞式液壓缸二、兩個壓塊一及兩個壓塊二；耐高壓剛性密閉殼體水平放置，高壓剛性密閉殼體內腔為密閉氣室，兩個垂直向同步加載液壓缸的缸體分別與耐高壓剛性密閉殼體的上表面及下表面固連，且兩個垂直向同步加載液壓缸的缸桿同軸設置，兩個垂直向同步加載液壓缸的缸桿均設置在耐高壓剛性密閉殼體內，每個垂直向同步加載液壓缸的缸桿外端均與一個壓塊一固連；兩個水平向同步加載液壓缸的缸體分別與耐高壓剛性密閉殼體的左外側面及右外側面固連，且兩個水平向同步加載液壓缸的缸桿同軸設置，兩個水平向同步加載液壓缸的缸桿均設置在耐高壓剛性密閉殼體內，每個水平向同步加載液壓缸的缸桿外端均與一個壓塊二固連；兩個垂直向同步加載液壓缸缸體的無桿腔分別通過兩根管路一與兩個小柱塞式液壓缸一的缸體連通形成密閉的空腔一，空腔一內充滿液壓油，兩個小柱塞式液壓缸一的兩個柱塞相連接，兩個小柱塞式液壓缸一的兩個柱塞的同步動作通過控制系統一實現；兩個水平向同步加載液壓缸缸體的無桿腔分別通過兩根管路二與兩個小柱塞式液壓缸二的缸體連通形成密閉的空腔二，空腔二內充滿液壓油，兩個小柱塞式液壓缸二的兩個柱塞相連接，兩個小柱塞式液壓缸二的兩個柱塞的同步動作通過控制系統二實現；耐高壓剛性密閉殼體的前側面開設有密封門，密封加載液壓缸的缸體與耐高壓剛性密閉殼體的后側面垂直固連，密封加載液壓缸的缸桿設置在耐高壓剛性密閉殼體內；試件放置于耐高壓剛性密閉殼體內，試件前側面加工有一中心孔，壓力變送器的壓頭匹配設置在試件的中心孔內，壓力變送器的顯示儀表設置在耐高壓剛性密閉殼體外部；充氣系統通過充氣管路與耐高壓剛性密閉殼體的密閉氣室連通。
[0007]本實用新型的有益效果在于:
[0008]本實用新型的煤礦動力災害多參數耦合測定裝置主要用于模擬井下動力災害傾向嚴重區域煤巖環境，可以實現在線測試應力及瓦斯壓力，為后續分析應力、瓦斯壓力對動力災害多因素耦合作用機理及煤巖動力災害演化機制提供了重要的指標參數，為建立動力災害多因素耦合監測預警模型提供數據支持。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本實用新型的煤礦動力災害多參數耦合測定裝置結構示意圖；
[0010]圖2為本實用新型的煤礦動力災害多參數耦合測定裝置立體圖。
[0011]圖中公開的部件名稱及標號為:
[0012]充氣系統1、水平向同步加載液壓缸2、試件3、控制系統二 4、控制系統一 5、密閉氣室6、耐高壓剛性密閉殼體7、密封加載液壓缸8、壓力變送器9、密封門10、垂直向同步加載液壓缸11、小柱塞式液壓缸一 12、小柱塞式液壓缸二 13、壓塊一 14、壓塊二 15、管路一 16、管路二 17、充氣管路18、焊接框架19。
【具體實施方式】
[0013]下面將結合附圖對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0014]如圖1、圖2所示，煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，它包括耐高壓剛性密閉殼體7、壓力變送器9、密封加載液壓缸8、充氣系統1、控制系統一 5、控制系統二 4、兩個垂直向同步加載液壓缸11、兩個水平向同步加載液壓缸2、兩個小柱塞式液壓缸一 12、兩個小柱塞式液壓缸二 13、兩個壓塊一 14及兩個壓塊二 15 ；
[0015]耐高壓剛性密閉殼體7水平放置，高壓剛性密閉殼體7內腔為密閉氣室6，兩個垂直向同步加載液壓缸11的缸體分別與耐高壓剛性密閉殼體7的上表面及下表面固連，且兩個垂直向同步加載液壓缸11的缸桿同軸設置，兩個垂直向同步加載液壓缸11的缸桿均設置在耐高壓剛性密閉殼體7內，每個垂直向同步加載液壓缸11的缸桿外端均與一個壓塊一14固連；
[0016]兩個水平向同步加載液壓缸2的缸體分別與耐高壓剛性密閉殼體7的左外側面及右外側面固連，且兩個水平向同步加載液壓缸2的缸桿同軸設置，兩個水平向同步加載液壓缸2的缸桿均設置在耐高壓剛性密閉殼體7內，每個水平向同步加載液壓缸2的缸桿外端均與一個壓塊二 15固連；
[0017]兩個垂直向同步加載液壓缸11缸體的無桿腔分別通過兩根管路一 16與兩個小柱塞式液壓缸一 12的缸體連通形成密閉的空腔一,空腔一內充滿液壓油,兩個小柱塞式液壓缸一 12的兩個柱塞相連接，在外力作用下，沿著軸線方向一起作直線運動，由此帶動兩個垂直向同步加載液壓缸11作直線同步運動，運動的位移相等，方向相反；加載時，保證了受壓試件3幾何中心線位置不變，兩個小柱塞式液壓缸一 12的兩個柱塞的同步動作通過控制系統一 5實現；
[0018]兩個水平向同步加載液壓缸2缸體的無桿腔分別通過兩根管路二 17與兩個小柱塞式液壓缸二 13的缸體連通形成密閉的空腔二，空腔二內充滿液壓油，兩個小柱塞式液壓缸二 13的兩個柱塞相連接,在外力作用下,沿著軸線方向一起作直線運動，由此帶動兩個水平向同步加載液壓缸2作直線同步運動，運動的位移相等，方向相反；加載時，保證了受壓試件3幾何中心線位置不變，兩個小柱塞式液壓缸二 13的兩個柱塞的同步動作通過控制系統二 4實現；
[0019]耐高壓剛性密閉殼體7的前側面開設有密封門10，密封加載液壓缸8的缸體與耐高壓剛性密閉殼體7的后側面垂直固連，密封加載液壓缸8的缸桿設置在耐高壓剛性密閉殼體7內，在耐高壓剛性密閉殼體7后側放置密封加載液壓缸8，用來將試件3靠緊前部密封門10，防止內部氣體泄漏；
[0020]試件3放置于耐高壓剛性密閉殼體7內，試件3與耐高壓剛性密閉殼體7的后側面之間形成一個充氣腔，試件3與耐高壓剛性密閉殼體7前側面之間留有空間，試件3前側面加工有一中心孔，壓力變送器9的壓頭匹配設置在試件3的中心孔內，壓力變送器9的顯示儀表設置在耐高壓剛性密閉殼體7外部，使用壓力變送器9來測量力值，力值測量誤差不大于5%。為了防止試件3在加壓時試件3邊角首先破碎，在制備試件3時要將試件3的邊角進行去銳處理。壓力變送器9與耐高壓剛性密閉殼體7側壁之間密封連接；充氣系統I通過充氣管路18與耐高壓剛性密閉殼體7的密閉氣室6連通。
[0021]耐高壓剛性密閉殼體7為鍛鋼件，在承受垂直力5000kN (20%沖擊振動力)拉力、水平力5000kN及內部1MPa的氣壓下，不發生明顯變形，不產生泄漏。
[0022]兩個垂直向同步加載液壓缸11均為5000kN的活塞式加載液壓缸，通過控制系統一5控制，并通過兩個小柱塞式液壓缸一 12動作，使得垂直向同步加載液壓缸11可做加載20%沖擊振動；兩個水平向同步加載液壓缸2均為5000kN的活塞式加載液壓缸；可對試件3分別或同時施加5000kN的垂直力及5000kN的水平力；兩個垂直向同步加載液壓缸11的幾何形狀、尺寸相同，對稱同軸安裝，同步相向運動；兩個水平向同步加載液壓缸2的幾何形狀、尺寸相同，對稱同軸安裝，同步相向運動。兩個小柱塞式液壓缸一 12的幾何形狀、尺寸相同，它們各自與垂直向同步加載液壓缸11形成的密閉油腔容積相同、充填的液壓油規格型號相同，工作條件也相同。兩個小柱塞式液壓缸二 13的幾何形狀、尺寸相同，它們各自與水平向同步加載液壓缸2形成的密閉油腔容積相同、充填的液壓油規格型號相同，工作條件也相同。
[0023]所述的耐高壓剛性密閉殼體7通過焊接框架19支撐。
[0024]所述的耐高壓剛性密閉殼體7為正方體殼體，耐高壓剛性密閉殼體7的長X寬X高=600 X 600 X 600mm,可承受 3600kN 力。
[0025]控制系統一 5和控制系統二 4均為伺服電磁閥，為外購件；壓力變送器9的型號為CYB3051，由北京威斯特中航科技有限公司生產制造。
[0026]本實用新型中，耐高壓剛性密閉殼體7具有剛度高、變形小、穩定性好等特點，其采用鑄鋼件，在上下面外側安裝兩個5000kN的垂直向同步加載液壓缸11，在左右外側面安裝兩個5000kN的水平向同步加載液壓缸2，可以向試件3分別或同時施加5000kN的垂直力及20%的沖擊振動力、5000kN的水平力。在承受5000kN拉力及內部1MPa的氣壓下，不得發生明顯變形或泄漏。也就是說，該高壓剛性密閉殼體7必須要能夠承受1000kN的拉力。
[0027]工作過程:如圖1、圖2所示，先將試件3放置到耐高壓剛性密閉殼體7內，然后關閉密封門10。將與兩個垂直向同步加載液壓缸11的缸桿外端固連的壓塊一 14與試件3上下表面接觸；將與兩個水平向同步加載液壓缸2的缸桿外端固連的壓塊二 15與試件3的左右表面接觸；接下來通過密封加載液壓缸8將試件3與密封門10緊密接觸，確保密封性。充氣系統I (可以產生1MPa的氣壓)向耐高壓剛性密閉殼體7內充氣，然后對試件3分別在水平或者垂直方向加載，或者兩個方向同時加載。由壓力變送器9的顯示儀表顯示檢測的壓力值。
[0028]圍巖應力的測定是通過同時向試件3的上下兩個方向和/或左右兩個方向加載，并通過壓力變送器9的顯示儀表顯示得到的；瓦斯壓力的測定是通過向密閉氣室6內通氣，所通入的氣體壓力施加到試件3上，并通過壓力變送器9的顯示儀表顯示得到的。圍巖應力的檢測和瓦斯壓力的檢測可同時進行。
[0029]試驗過程中，可以通過放置于試件3中心孔內的氣體變送器9檢測試件3的透氣性，以及也可以通過放置應變檢測儀，檢測試件3在外力作用下的微應變。
[0030]性能參數
[0031]I)加載液壓缸加載能力:水平向同步加載液壓缸2可在水平向加載5MN ;垂直向同步加載液壓缸11可在垂直向加載5MN,同時可加20%沖擊振動力；密封加載液壓缸8可由后向前加載1000kN。利用壓力變送器測量力，精確度5%。
[0032]2)加載液壓缸(包括垂直向同步加載液壓缸11、水平向同步加載液壓缸2及密封加載液壓缸8)移動速度為20mm/min ;液壓缸行程50mm ;速度控制精確度2%FS。
[0033]3)充氣壓力額定值:1MPa ；
[0034]4)耐高壓剛性密閉殼體7:耐壓1MPa同時承載5麗作用力；
[0035]5)充氣系統壓力1MPa ；
[0036]6)耐高壓剛性密閉殼體7重量4.6噸(整機總重量15噸)，不需要地基工程安裝，可以更換試驗地點，吊裝移動方便；
[0037]7)加載液壓缸同步模式:力同步，位移同步；保證試件加載時幾何中心不變，同步精度1%FS。
【權利要求】
1.一種煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，其特征是:它包括耐高壓剛性密閉殼體(7)、壓力變送器(9)、密封加載液壓缸(8)、充氣系統(I)、控制系統一(5)、控制系統二(4)、兩個垂直向同步加載液壓缸(11)、兩個水平向同步加載液壓缸(2)、兩個小柱塞式液壓缸一(12)、兩個小柱塞式液壓缸二(13)、兩個壓塊一(14)及兩個壓塊二(15);耐高壓剛性密閉殼體(7)水平放置，高壓剛性密閉殼體(7)內腔為密閉氣室￠)，兩個垂直向同步加載液壓缸(11)的缸體分別與耐高壓剛性密閉殼體(7)的上表面及下表面固連，且兩個垂直向同步加載液壓缸(11)的缸桿同軸設置，兩個垂直向同步加載液壓缸(11)的缸桿均設置在耐高壓剛性密閉殼體(X)內，每個垂直向同步加載液壓缸(Ii)的缸桿外端均與一個壓塊一(14)固連；兩個水平向同步加載液壓缸(2)的缸體分別與耐高壓剛性密閉殼體(7)的左外側面及右外側面固連，且兩個水平向同步加載液壓缸(2)的缸桿同軸設置，兩個水平向同步加載液壓缸(2)的缸桿均設置在耐高壓剛性密閉殼體(7)內，每個水平向同步加載液壓缸(2)的缸桿外端均與一個壓塊二(15)固連；兩個垂直向同步加載液壓缸(11)缸體的無桿腔分別通過兩根管路一(16)與兩個小柱塞式液壓缸一(12)的缸體連通形成密閉的空腔一，空腔一內充滿液壓油，兩個小柱塞式液壓缸一(12)的兩個柱塞相連接，兩個小柱塞式液壓缸一(12)的兩個柱塞的同步動作通過控制系統一(5)實現；兩個水平向同步加載液壓缸(2)缸體的無桿腔分別通過兩根管路二(17)與兩個小柱塞式液壓缸二(13)的缸體連通形成密閉的空腔二，空腔二內充滿液壓油，兩個小柱塞式液壓缸二(13)的兩個柱塞相連接，兩個小柱塞式液壓缸二(13)的兩個柱塞的同步動作通過控制系統二(4)實現；耐高壓剛性密閉殼體(7)的前側面開設有密封門(10)，密封加載液壓缸(8)的缸體與耐高壓剛性密閉殼體(7)的后側面垂直固連，密封加載液壓缸(8)的缸桿設置在耐高壓剛性密閉殼體(7)內；試件(3)放置于耐高壓剛性密閉殼體(7)內，試件(3)前側面加工有一中心孔，壓力變送器(9)的壓頭匹配設置在試件(3)的中心孔內，壓力變送器(9)的顯示儀表設置在耐高壓剛性密閉殼體(7)外部；充氣系統(I)通過充氣管路(18)與耐高壓剛性密閉殼體(7)的密閉氣室(6)連通。
2.根據權利要求1所述的煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，其特征是:所述的耐高壓剛性密閉殼體(7)通過焊接框架(19)支撐。
3.根據權利要求1或2所述的煤礦動力災害多參數耦合測定裝置，其特征是:所述的耐高壓剛性密閉殼體(7)為正方體殼體，耐高壓剛性密閉殼體(7)的長X寬X高=600X600X600mmo
【文檔編號】G01N33/24GK204008318SQ201420505251
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】劉永立, 秦濤, 董長吉, 劉振文 申請人:黑龍江科技大學, 劉永立, 秦濤, 董長吉