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深部开采采动应力场演变过程试验系统
深部开采采动应力场演变过程试验系统
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系统创新功能
     煤矿开采过程中煤体损伤破坏与应力场演化是一个宏观力学结构体系,应尽可能避免尺度效应影响,同时要充分考虑应力场转移过程中对煤体的影响因素(包括应力场非均布性,载荷作用时间、围压影响等),真实模拟现场煤体力学条件。“深部开采采动应力场演变过程试验系统”设备具有以下几方面的创新
(1)大尺度煤体非均布加载
     试验试样尺寸最大为“500mm×150mm×500mm”。通过全数字闭环控制系统对煤体不同位置的载荷进行调整,仿真“内、外应力场”,同时记录初始煤样应力显现特征,后续加载时通过记录的加载信息对煤样进行自动施压。
     全数字闭环控制系统可以自动校正指令信号与反馈信号之间的误差,以便于在进行测量时如实地重新加载的模式;
(2)岩层剪切试验
     设备最大加载强度为60MPa,围压为20MPa。设备可以实现不同硬度岩层剪切试验,在实验室定量确定抗拉强度等力学特性,分析顶板初次来压或周期来压特征;同时,利用实验室最新引进的扫描电镜对断口进行分析,确定不同岩层强度裂断特征。
(3)煤柱(充填体)稳定性长时监测
(4)“内、外应力场”仿真
设备主要性能指标与特点
     试验系统整体由:采动应力加载主框架、加载机构、液压伺服系统、试验运行装置、测量系统、数字模拟控系统及数据采集处理系统等组成。
在试件法向上,试验系统有3类可控边界条件:恒定法向应力、恒定法向位移和恒定法向刚度。
     在上述边界和荷载条件下可进行:试验系统关键技术指标,主要体现在采动应力加载单元及其伺服控制部分、采动应力加载单元及其伺服稳压保压系统。系统可以实现,同步加载同步运动、异步加载异步运动。
加载控制介绍
     垂直加载单元,最大垂直荷载4500kN,法向加载油缸作动器最大行程200mm,位移传感器量程300mm,测量控制精度达到示值的±1%。
     侧向加载单元,最大水平荷载1200kN,侧向加载作动器最大行程200mm,位移传感器量程300mm。
变形控制采取多支位移传感器平均值,测量控制精度达到示值的±1%。伺服控制部分,荷载加载速率最小最大分别为0.01kN/s和100 kN/s,位移加载速度(位移控制)最小最大速率分别为0.01mm/min和100 mm/min,位移控制稳定时间为3d,其测量控制精度达到示值的±1%。系统加载压力伺服稳压系统(稳态法和瞬态法),试验机有足 够的刚度。