一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置及测试方法，属于煤岩体地质力学参数测试技术领域，解决了现有测试装置结构复杂、操作不便、测试结果可靠性差以及成本高的问题。煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置包括高压泵组件、空心千斤顶、推杆、调平托盘、剪切探头和主机，手高压泵组件包括集成设置的手动高压泵和读数仪表系统；剪切探头安装于推杆的顶端，空心千斤顶和调平托盘套设安装于推杆上，调平托盘位于空心千斤顶和剪切探头之间；主机用于数据储存及处理，剪切探头通过电缆与读数仪表系统、主机连接。本发明专利技术的结构简单、操作方便、测试结果准确，能够实现无法取样的破碎、脆弱软岩等复杂岩性地层的测试，应用范围广。

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置及测试方法
本专利技术涉及煤岩体地质力学参数测试
，尤其涉及一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置及测试方法。
技术介绍
当前，数值计算已经作为一种解决工程问题的通用手段，而进行计算前需要获取工程地质岩体的物理力学参数，例如数值模拟中的摩尔-库伦模型需要确定岩体粘聚力与内摩擦角。如何准确、快速、低成本的获取煤岩体的剪切力学性质参数，是进行岩体力学研究首要解决的问题。当前对于剪切参数的测量最常见的方法是实验室试验。将煤岩块自井下取出，然后加工并运输至实验室进行试验，测量各种力学参数。该种方法的缺点是进行试验的煤岩块脱离其原有力学环境，所测结果不准确。此外，部分破碎、脆弱的煤岩体不容易取样，且加工、运输成本较高。另外一种方法是对煤岩体进行原位测试试验，但对于剪切参数测量来说，该方面研究较少，准确度不高，测试装置及方法不成熟。综上，对于实现煤岩体内摩擦角和粘聚力的原位测试，现有测试装置及方法均有所不足。因此，急需提供一种便捷安全、经济合理、测试速度快，又能保证实验结果准确可靠的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置及方法。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置及测试方法，用以解决现有测试装置结构复杂、操作不便、测试结果可靠性差以及成本高的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，提供一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，包括高压泵组件、空心千斤顶、推杆、调平托盘、剪切探头和主机。r>进一步地，压泵组件包括集成设置的手动高压泵和读数仪表系统，手动高压泵与读数仪表系统通过内部管路连接。进一步地，推杆用于将剪切探头送入钻孔中的指定位置；剪切探头安装于推杆的顶端，空心千斤顶和调平托盘套设安装于推杆上，调平托盘位于空心千斤顶和剪切探头之间；主机用于数据储存及处理，剪切探头通过电缆与读数仪表系统、主机连接。进一步地，剪切探头通过探头进油管、探头回油管与手动高压泵连接；手动高压泵通过千斤顶油管与空心千斤顶连接。进一步地，读数仪表系统设有剪应力油压表和正应力油压表，剪应力油压表和正应力油压表分别用于显示测试过程中剪应力和正应力的大小。进一步地，读数仪表系统设有剪应力开关和正应力开关。进一步地，调平托盘包括金属三角板和螺栓，金属三角板的三个角均设有通孔，螺栓插入通孔能够与煤岩壁紧密接触。进一步地，调平托盘还包括辅助调平底座。进一步地，辅助调平底座由圆形底座和螺栓筒组成。进一步地，圆形底座圆心处设有球形凹槽，螺栓筒的底部为球形实体，能够约束于圆形底座的球形凹槽中；螺栓筒的内径与螺栓的外径相适配。进一步地，煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，还包括二级调平组件。进一步地，二级调平组件包括内圆环和外圆环，内环的内径与推杆的杆径相同，内圆环和外圆环同心设置，且通过四个连接柱连接。进一步地，二级调平组件的连接柱为伸缩柱；外环由四个分段圆弧构成，四个分段圆弧分别固定于四个伸缩柱的端部。进一步地，剪切探头的外周面对称布设至少两个剪切头，每个剪切头配设有一个辅助支撑组件；剪切探头的外壁设置滑轨，辅助支撑组件设置于滑轨上，且能够沿滑轨滑动。另一方面，还提供一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试方法，采用上述的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，包括如下步骤：步骤1：在目标研究区实施钻孔；步骤2：组装煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置；步骤3：打开正应力开关，操作手动高压泵使剪切探头产生破坏岩壁的法向力；打开剪应力开关，操作手动高压泵使剪切探头产生破坏岩壁的剪应力；主机记录最大正应力和最大剪应力。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果之一：a)本专利技术提供的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，结构简单、尺寸小、重量轻，轻捷便携，可由试验人员携带至任何工作地点，应用条件宽松；采用手动油压加载的手动高压泵，能够满足高瓦斯矿井设备防爆的要求，能充分符合各种现场条件需要。b)本专利技术提供的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，通过设置调平托盘以及辅助调平底座、二级调平组件，调平效果好，能够使推杆位于钻孔中心线上，测试精度高，获得结果更准确。c)本专利技术提供的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，通过液压油腔与剪切头的每个剪切头均配设有一个辅助支撑组件，能够实现无法取样的破碎、脆弱的软岩等复杂岩性地层的测试，能适应不同长度、形状及完整度的钻孔，应用范围广，测试对象全面。d)本专利技术提供的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试方法，操作简单，测试效率高，测试成本低，能够快速进行岩石原位力学测试，可快速测试出煤岩体的剪切强度和残余剪切强度，完成一条莫尔—库仑岩石破坏包络线只需20～30min，不仅避免了采样、运输、加工及力学测试的繁琐过程，而且避免了煤岩块脱离原始应力状态造成的测试结果误差。应用范围广，测试对象全面，包括无法取样的破碎、脆弱的软岩等，能适应不同长度、形状及完整度的钻孔，调平效果好，测试精度高，获得结果更准确；可利用同一钻孔进行多区域、多频次测试，全面掌握测试煤岩体的粘聚力C、内摩擦角的分布场；结合数值模拟方法能够对测试区域进行动静结合观测，为相关工程提供全面的数据参考及趋势预测。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置的工程实施示意图；图2为本专利技术的手动高压泵及读数仪表的结构示意图；图3为本专利技术的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置的结构示意图；图4为本专利技术的调平托盘及辅助调平底座的俯视图；图5为本专利技术的调平托盘及辅助调平底座的主视图；图6为本专利技术的调平托盘及辅助调平底座的局部放大图；图7为本专利技术的二级调平组件的结构示意图；图8为本专利技术的剪切探头的主视图；图9为本专利技术的剪切探头的俯视图；图10为本专利技术的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置的工作原理示意图；图11为本专利技术的煤岩体剪切参数测试数据拟合曲线图。附图标记：1-手动高压泵；2-读数仪表系统；3-探头进油管；4-探头回油管；5-千斤顶油管；6-电缆；7-空心千斤顶；8-推杆；9-调平托盘；10-剪切探头；11-主机；12-剪应力油压表；13-正应力油压表；14-剪应力开关；15-正应力开关；16-紧固螺母；17-接油口；18-辅助调平底座；19-二级调平组件；20-连接螺母；21-剪切头；22-辅助支撑组件；23-滑轨。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，其特征在于，包括高压泵组件、空心千斤顶(7)、推杆(8)、调平托盘(9)、剪切探头(10)和主机(11)。/n

【技术特征摘要】
1.一种煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，其特征在于，包括高压泵组件、空心千斤顶(7)、推杆(8)、调平托盘(9)、剪切探头(10)和主机(11)。


2.根据权利要求1所述的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，其特征在于，所述压泵组件包括集成设置的手动高压泵(1)和读数仪表系统(2)，手动高压泵(1)与读数仪表系统(2)通过内部管路连接。


3.根据权利要求2所述的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，其特征在于，所述推杆(8)用于将剪切探头(10)送入钻孔中的指定位置；
所述剪切探头(10)安装于推杆(8)的顶端，所述空心千斤顶(7)和调平托盘(9)套设安装于推杆(8)上，调平托盘(9)位于空心千斤顶(7)和剪切探头(10)之间；
主机(11)用于数据储存及处理，所述剪切探头(10)通过电缆(6)与读数仪表系统(2)、主机(11)连接。


4.根据权利要求3所述的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，其特征在于，所述剪切探头(10)通过探头进油管(3)、探头回油管(4)与手动高压泵(1)连接；
手动高压泵(1)通过千斤顶油管(5)与空心千斤顶(7)连接。


5.根据权利要求2所述的煤岩体内摩擦角和粘聚力测试装置，其特征在于，读数仪表系统(2)设有剪应力油压表(12)和正应力油压表(13)，剪应力油压表(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚强岭，于利强，徐强，夏泽，李学华，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32