一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法技术

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。本发明专利技术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。

An integrated experimental platform for drilling, cracking and cutting and its testing method

An experimental platform and test method for drilling, splitting and cutting. The experimental platform includes mechanical devices and testing systems. The mechanical devices include coal wall pressure loading device, cutting device, drilling and lifting device and base. The confining pressure loading device of coal wall can simulate the confining pressure of coal wall in the underground, and the cutting device is used to realize the cutting device. A torque speed sensor between the cutting motor and the reducer is attached between the cutting motor and the reducer to measure the torque and speed of cutting the rock in real time. The drilling and inflation device is used to drill and crack the coal wall. The displacement sensor is installed in the rock drilling device to measure the driving distance of the rock drill, and the installation is installed in the rising crack device. There is an oil pressure sensor that can measure the pressure of hydraulic oil when the crack rises. Finally, the test system is used to collect, process and analyze data. The invention can drill the coal wall at fixed point, raise the crack and carry on the cutting experiment. In the experiment process, the required data can be collected. Through the analysis of the experimental data, the drilling, rising and cutting combined rock breaking technology is rationally optimized.

【技术实现步骤摘要】
一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法
本专利技术涉及一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法，属于煤炭开采巷道掘进工程

技术介绍
随着我国大批千万吨级现代化矿井的建设，特别是新井建设中岩石巷道的开拓，对全岩掘进机的需求逐年增加。掘进机是现代矿山巷道快速掘进的关键设备,随着煤层开采，硬度岩石掘进任务越来越多，而硬岩掘进机工作条件恶劣,截割机构是硬岩掘进机的核心部件，其性能好坏直接影响到掘进机的结构强度和使用寿命。现阶段，掘进机在掘进硬岩时出现对硬岩截割失败，或截齿磨损严重，截割机构受到猛烈的冲击，使掘进机的可靠性严重降低，需要工人频繁更换截齿及相关部件，使岩巷掘进效率严重降低，与巷道快速掘进的要求相矛盾。因此，提出一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法，将钻孔、涨裂和截割结合起来对岩石进行破碎试验并进行数据采集，为使用钻、涨、截割联合破岩施工提供技术支持。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述不足，本专利技术提供一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法，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。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台，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；煤壁安装在煤壁围压加载装置上，底座正对煤壁围压加载装置设置并安装有截割装置和钻涨装置；煤壁围压加载装置通过围压液压缸对煤壁产生围压，在围压液压缸进口处安装围压油压传感器；截割装置通过截割电机和减速器驱动，在截割电机输出轴与减速器输入轴之间安装转速转矩传感器，截割装置还通过截割推进液压缸推进，在截割推进液压缸入油口段安装推进缸油压传感器；钻涨装置包括凿岩机和涨裂器，在涨裂器的进油端安装涨裂器油压传感器，在凿岩机上设有位移传感器；围压油压传感器、转速转矩传感器、推进缸油压传感器、涨裂器油压传感器和位移传感器分别与测试系统相连。一种应用钻孔、涨裂、截割一体化实验台进行钻孔、涨裂、截割综合破岩性能测试的方法，包括如下步骤：a、将煤壁放置在煤壁滑块上并通过控制液压缸Ⅰ将煤壁滑块推动，并控制围压液压缸对煤壁施加围压，采集围压液压缸上围压油压传感器的油压数据；b、通过液压缸Ⅳ推动煤壁围压加载装置，控制双三角式机械臂，使凿岩机在煤壁指定位置打孔，采集凿岩机位移传感器的数据，计算出凿岩机在煤壁上打孔的深度；c、打孔结束后，控制双三角式机械臂，使涨裂器对指定的孔进行涨裂，采集涨裂器油压传感器的数据，得到涨裂时的油压；d、移动煤壁，开启截割电机，控制截割推进液压缸对煤壁进行截割，采集推进缸油压传感器的数据和转速转矩传感器的数据，计算得到截割作业时，截割部所受轴向力和扭矩；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的数据和转速转矩传感器的数据，得到改变单个变量对截割的影响。相比现有技术，本专利技术的一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台及测试方法，为进行钻、涨、截割联合破岩性能测试提供了一个平台，整个机械装置具有结构紧凑、灵活性高、安全环保等优点。本专利技术的围压加载装置能够合理为煤壁增加围压，模拟真实地下工作面，提高实验的可信度；钻涨装置与截割装置能够在整个工作面钻孔、涨裂、截割，调整方便，能够模拟多种工况，满足实际施工要求。进而，通过围压油压传感器测量围压液压缸进口压力，推进缸油压传感器用于测量推进时的油缸中液压油的工作压力，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，位移传感器用于测量凿岩机的推进距离，涨裂器油压传感器可以测量涨裂时液压油的压力，进而通过测试系统控制数据采集和分析，可以得到钻孔并涨裂对降低岩石硬度的影响，得到钻孔对降低岩石硬度的影响以及得到改变单个变量对截割的影响；能够探寻钻、涨、截割联合破岩的最佳工作参数，提高破岩效率与装置可靠性，为难以掘进的坚硬岩石巷道的快速施工提供技术支持。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术一个试验台实施例中机械装置的结构示意图。图2是本专利技术一个试验台实施例中煤壁围压加载装置的结构示意图。图3是本专利技术一个试验台实施例中截割装置的结构示意图。图4是本专利技术一个试验台实施例中钻涨装置的结构示意图。图5是本专利技术一个钻、涨、截割测试方法实施例的工作流程图。图6是本专利技术一个钻、涨、截割测试方法实施例的原理图。图中：1、煤壁围压加载装置，1-1、煤壁，1-2、煤壁滑块，1-3、煤壁轨道，1-4液压缸Ⅰ，1-5、围压加载装置滑块，1-6、侧架，1-7、顶架，1-8、围压液压缸，1-9、围压顶板，1-10、围压加载装置轨道Ⅰ，1-11、围压加载装置轨道Ⅱ，1-12、液压缸Ⅳ，1-13、围压油压传感器，2、截割装置，2-1、截割部，2-2、减速器，2-3、截割电机，2-4、滑动台，2-5、截割推进液压缸，2-6、基台，2-7、转速转矩传感器，2-8、推进缸油压传感器，3、钻涨装置，3-1、凿岩机，3-2、涨裂器，3-3、双三角式机械臂，3-4、涨裂器油压传感器，3-5、位移传感器，4、底座。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。图1至图6示出了本专利技术一个较佳的实施例的结构示意图。如图1所示，本专利技术实施例的一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台，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。如图2所示，所述的煤壁围压加载装置1包括煤壁1-1、煤壁滑块1-2、煤壁轨道1-3、液压缸Ⅰ1-4、围压加载装置滑块1-5、侧架1-6、顶架1-7、围压液压缸1-8、围压顶板1-9、围压加载装置轨道Ⅰ1-10、围压加载装置轨道Ⅱ1-11、液压缸Ⅳ1-12和围压油压传感器1-13，煤壁滑块1-2放置在煤壁轨道1-3上，煤壁1-1放置在煤壁滑块1-2上，液压缸Ⅰ1-4一端连接煤壁滑块1-2，另一端连接煤壁轨道1-3，通过液压缸Ⅰ1-4的伸缩调整可方便煤壁的安放，所述的围压液压缸1-8安装在侧架与顶架上，所述的围压顶板1-9安装在围压液压缸1-8上，围压液压缸1-8共12对，煤壁两侧面与顶面各4对，对煤壁1-1产生一定的围压，所述的围压加载装置滑块1-5安装在围压加载装置轨道Ⅰ1-10上，通过液压缸Ⅳ1-12实现煤壁的左右滑动；所述的煤壁轨道1-3安装在围压加载装置轨道Ⅱ1-11上用于保证滑动过程中的稳定，并抵消截割煤壁时的倾覆力矩；通过围压油本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台，其特征是：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。

【技术特征摘要】
1.一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台，其特征是：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。2.根据权利要求1所述的一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台，其特征是：所述的煤壁围压加载装置(1)包括煤壁(1-1)、煤壁滑块(1-2)、煤壁轨道(1-3)、液压缸Ⅰ(1-4)、围压加载装置滑块(1-5)、侧架(1-6)、顶架(1-7)、围压液压缸(1-8)、围压顶板(1-9)、围压加载装置轨道Ⅰ(1-10)、围压加载装置轨道Ⅱ(1-11)、液压缸Ⅳ(1-12)和围压油压传感器(1-13),煤壁滑块(1-2)放置在煤壁轨道(1-3)上，煤壁(1-1)放置在煤壁滑块(1-2)上，液压缸Ⅰ(1-4)一端连接煤壁滑块(1-2)，另一端连接煤壁轨道(1-3)，围压液压缸(1-8)安装在侧架(1-6)与顶架(1-7)上，围压顶板(1-9)安装在围压液压缸(1-8)上，围压加载装置滑块(1-5)安装在围压加载装置轨道Ⅰ(1-10)上，通过液压缸Ⅳ(1-12)实现煤壁的左右滑动，煤壁轨道(1-3)安装在围压加载装置轨道Ⅱ(1-11)上，通过围压油压传感器(1-13)测量围压液压缸(1-8)进口压力。3.根据权利要求1所述的一种钻孔、涨裂、截割一体化实验台，其特征是：所述的截割装置(2)包括截割部(2-1)、减速器(2-2)、截割电机(2-3)、滑动台(2-4)、截割推进液压缸(2-5)、基台(2-6)、转速转矩传感器(2-7)和推进缸油压传感器(2-8)，截割部(2-1)通过减速器(2-2)和截割电机(2-3)驱动并共同安装在滑动台(2-4)上，滑动台(2-4)固定在基台(2-6)上再安装在底座(4)上，滑动台(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘送永，韩玉辉，吴洪状，崔新霞，李伟，沈刚，唐玮，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32