一種動靜組合加載條件下的煤巖試件夾具的制作方法

本實用新型屬于振動力學實驗中的夾具/模具領域，適用于受動靜組合加載條件下方型煤巖體試件的固定與邊界條件的施加。

背景技術：

煤巖動力災害的發生往往經歷了載荷轉移集中(孕育條件)和動力擾動作用(激發因素)兩個階段。其中，與激發階段中動力載荷的密集作用不同，孕育階段的載荷和應力轉移相對緩慢，可近似看成是靜載或準靜載作用的結果。試驗研究是機理分析和現場監測的重要基礎與關鍵手段，利用制備的原煤(巖)或型煤(巖)試件來模擬采場中的煤巖體，利用千斤頂靜載加壓的方式模擬載荷轉移和應力集中，利用激振器施加的激振力模擬動力擾動，同時輔以各種裂紋監測和信號采集傳感器，可有效地分析采掘作業時煤巖體在動靜組合加載條件下的裂隙演化規律與聲電信號特征，并為煤巖動力災害的發生、預警與防范提供技術支撐。當前針對煤巖動靜組合的試驗多利用圍壓靜載和沖擊動載相結合的霍普金森壓桿(SHPB)來展開，其試驗方法、目的和裝置與本方案截然不同。因此需要提供一種靜壓加載與振動加載相結合，并克服傳統受載煤體振動破壞時試件或激振器移動、激振載荷不一致，以及靜載難以全面模擬采場應力分布等困難的煤巖試件夾具。

技術實現要素：

本實用新型主體框架自下而上分為三層，分別為底板(1)、中隔板(3)和頂板(4)，同時包含后擋板(2)、豎立桿(5)、橫擋板(6)、支撐立柱(7)、立桿夾板(8)、及孔洞、螺釘、螺母等配套設施。本實用新型解決技術問題所采用的技術方案是：橫擋板(6)的下部和后擋板(2)通過沉頭螺釘與底板(1)相配合，橫擋板(6)的上部也利用沉頭螺釘與中隔板(3)相配合；含有外螺紋的支撐立柱(7)通過螺母與中隔板(3)和頂板(4)相配合；中隔板(3)和頂板(4)每隔相同距離開一對透孔，方便孔內插入豎立桿(5)，使其完全透過兩板，下部接觸與底板(1)之上，上部略高于頂板(4)；一對豎立桿(5)與一組立桿夾板(8)相配合，其作用為防止受測試件在振動過程中發生后移；底板(1)前端布置4個M12的螺紋孔洞，方便激振器(10)通過激振器底座(9)固定在底板(1)上，可以防止激振器移動；煤巖試件(11)前端面通過等面積不銹鋼板與激振頭接觸，后端面與立桿夾板(8)接觸，使得激振波轉化為平面波，避免試件點加載時的局部破壞；下端面與中隔板(3)接觸，上端面上方放置等面積的不銹鋼板，然后加載千斤頂(12)，使得千斤頂(12)的靜載以均布載荷的方式傳遞給煤巖體，其中千斤頂(12)的液壓由壓力表讀出，在固定實驗煤巖體的同時，實現了上覆巖層應力的準確模擬。

本實用新型為一種動靜組合加載條件下的煤巖試件夾具，可適用于受靜載煤巖體振動破壞的科學實驗。該套夾具克服了傳統受載煤體振動破壞時試件或激振器移動、激振載荷不一致、靜載未能全面模擬采場應力分布的弊端，使用方法簡單，實用性強。

附圖說明

圖1為本實用新型動靜組合加載煤巖夾具尚未放置試件時的結構示意圖；

圖2為本實用新型動靜組合加載條件下的煤巖夾具放置試件時的結構圖；

圖3為本實用新型底板示意圖；

圖4為本實用新型中隔板示意圖；

圖5為本實用新型頂板示意圖；

圖6為本實用新型前后擋板示意圖；

圖7為本實用新型支撐立柱示意圖；

圖8為本實用新型豎立桿示意圖；

圖9為本實用新型立桿夾板示意圖；

圖10為本實用新型橫擋板示意圖。

圖中：1-底板，2-后擋板，3-中隔板，4-頂板，5-豎立桿，6-橫擋板，7-支撐立柱，8-立桿夾板，9-底座，10-激振器，11-試樣，12-千斤頂。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本實用新型作進一步的描述：

本實用新型主體框架自下而上分為三層，分別為底板(1)、中隔板(3)和頂板(4)，同時包含后擋板(2)、豎立桿(5)、橫擋板(6)、支撐立柱(7)、立桿夾板(8)、及孔洞、螺釘、螺母等配套設施。底板(1)前端布置有4個M12的螺紋孔洞，中后兩端均布置有6個M8的平頭螺釘透孔；激振器(10)通過激振器底座(9)與4個M12的螺紋孔洞配合固定在底板(1)上，用于防止激振器(10)工作時與底板(1)產生相對移動。后擋板(2)和橫擋板(6)用于連接底板(1)與中隔板(3)，同時使得中隔板(3)的高度與激振器針頭高度相一致，其中后擋板(2)和橫擋板(6)的下部通過底板(1)的6個M8的平頭螺釘透孔配合固定于底板(1)，后擋板(2)和橫擋板(6)的上部利用螺紋與中隔板(3)相配合固定于中隔板(3)。中隔板(3)和頂板(4)在相同的位置處各布置有6個φ20的通孔和18個φ8.5的通孔；將帶有外螺紋的支撐立柱(7)分別相對應地穿過中隔板(3)和頂板(4)的6個φ20通孔，使用螺母緊固后，將中隔板(3)與頂板(4)構成一體；豎立桿(5)通過φ8.5的通孔，其下部接觸于底板(1)之上，然后將立桿夾板(8)固定于豎立桿(5)之上，用于防止受測試件在激振過程中發生后移。

裝置組合完成后，將制備的煤巖體試件(11)置于中隔板(3)之上，將激振器針頭恰好接觸試件前方不銹鋼板，并調整豎立桿(5)的位置，使得試件(11)后端面與立桿夾板(8)接觸，若試件(11)尺寸難以與立桿夾板(8)直接接觸時，需在試件(11)后部增設補償鋼板。然后將千斤頂(12)置于試件(11)頂面，其中千斤頂(12)與試件(11)之間放置一片不銹鋼板，使得垂直應力均勻分布，千斤頂(12)上端與頂板(4)接觸，通過調節壓力表給千斤頂(12)施加不同的壓力，模擬不同的應力區域。將傳感器布置于試件(11)的設定位置，開啟激振器即可開始實驗。

本實用新型的結構是將原煤(巖)或型煤(巖)試件置于夾具之中，配合鋼板、孔洞、螺釘和螺母實現了激振器、千斤頂與煤巖試件的固定，完整地模擬了采場前方的應力場分布，同時使試驗中激振力保持一致，從而使靜載載荷和動載載荷分別以均布載荷和平面波的形式作用于煤巖體，避免了試件的局部破壞，保證了擾動波的無阻礙傳播，并使其在立桿夾板處由于聲學阻抗差異而發生反射，以驗證深部煤巖體或地質構造帶對煤巖動力災害的影響，使用方法簡單，操作方便，實用性強。