一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及岩体试验的领域，尤其是涉及一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置及方法，包括：加热炉，内部能够承载岩样；压力加载部件，设置于加热炉的各竖直侧以及底侧，用于对岩样施加压力；滚压部件，可水平运动的设置于加热炉上侧，用于对岩样破岩；微波发射器，设置于加热炉上侧，用于对岩样微波加热；液氮发射器，设置于加热炉上侧，用于对岩样冷却。本申请具有实现模拟深部高温高应力条件下微波

【技术实现步骤摘要】
一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置及方法


[0001]本申请涉及岩体试验的领域，尤其是涉及一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置及方法。

技术介绍

[0002]随着能源的不断开采，采矿工程逐步转向深部，TBM在硬岩巷道掘进中正在越来越多的被选择使用，但在深部岩(矿)体工程中，高应力、高硬度、高温等特点使TBM破岩法的快速、高效、经济等优点被明显弱化，TBM的刀具磨损损坏十分严重。
[0003]因此，出现了一种微波辅助破岩技术，在机械破碎岩石之前，首先采用微波照射岩石对其进行预加热，使岩石内部产生的热应力超过岩石强度，其内部产生微裂纹，易于机械破碎。但微波致裂破岩效果受岩(矿)体吸波能力影响较大，同时由于微波设备及地质条件的限制，很多情况下微波致裂的效果无法达到工程要求，更无法实现破岩。因次也出现了部分技术尝试采用微波加热液氮冷却的冷热冲击辅助破岩的方式，提高岩(矿)体破裂效果。
[0004]但随着进一步的研究又发现，实际上，在深部巷道开挖过程中，岩石是处于高温高应力状态，现有的试验研究有虽部分考虑岩体的所处的应力状态，但却忽略了岩体在高温下的情况，导致实际的实验数据与真实情况依然存在一定的误差。
[0005]基于此，亟需设计一种模拟深部高温高应力条件下微波
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液氮辅助TBM滚刀破岩试验方案，用于研究深部硬岩微波
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液氮致裂和TBM装备结合的新技术，以及研究微波照射与液氮冷却对TBM滚刀切削性能的影响、模拟微波
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液氮辅助TBM破岩过程和设计新型微波
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液氮预裂式TBM关键部件等，以期尽快实现新型微波
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液氮预裂式TBM的研发设计及工程应用。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中的问题，实现模拟深部高温高应力条件下微波
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液氮辅助TBM滚刀破岩试验，本申请提供一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置及方法。
[0007]第一方面，本申请提供的一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置。采用如下的技术方案：一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，包括：加热炉，内部能够承载岩样；压力加载部件，设置于加热炉的各竖直侧以及底侧，用于对岩样施加压力；滚压部件，可水平运动的设置于加热炉上侧，用于对岩样破岩；微波发射器，设置于加热炉内岩样上侧，用于对岩样微波加热；液氮发射器，设置于加热炉内岩样上侧，用于对岩样冷却。
[0008]通过采用上述技术方案，作业时，将岩样置于加热炉内，然后通过各压力加载部件对岩样的各竖直侧与底侧施加压力，同时通过加热炉加热至预定的温度，即可模拟岩样在深部高温高应力条件下的状态，然后通过微波发射器对岩样上侧微波加热，液氮发射器对岩样上加热后的部分制冷，实现对岩样的冷热冲击，岩样的内部便会产生巨大的拉应力和
剪应力，此时再通过滚压部件对岩样进行破岩，即可实现模拟深部高温高应力条件下微波
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液氮辅助TBM滚刀破岩实验，以便于研究微波照射与液氮冷却对TBM滚刀切削性能的影响、模拟微波
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液氮辅助TBM破岩过程和设计新型微波
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液氮预裂式TBM关键部件。
[0009]可选的，所述加热炉包括：炉体，用于承载岩样；滑动门，水平滑移于炉体上侧，用于开启或关闭炉体。
[0010]通过采用上述技术方案，作业时，将岩样置于炉体内后，通过滑动门关闭炉体，可以对炉体进行高温加热，当需要进行滚压破岩时，开启滑动门，再通过滚压部件密封伸入炉体内，即可对岩样进行滚压切割实验。
[0011]可选的，所述滚压部件包括：滑座，可水平运动的设置于加热炉上侧；伸缩缸，竖直固定于滑座下侧；滚压刀具，固定于伸缩缸的伸缩轴下端。
[0012]通过采用上述技术方案，工作时，伸缩缸带动滚压刀具竖直运动，能够带动滚压刀具下降至侵入岩样表面，再通过滑座能够带动滚压刀具水平运动，即可实现岩样的表面切割。
[0013]可选的，所述压力加载部件包括：侧面加载板，设置于所述加热炉的各竖直侧，能够趋向所述加热炉中心方向运动；底面加载板，竖直可运动的设置于所述加热炉的底侧。
[0014]通过采用上述技术方案，工作时，通过侧面加载板能够对岩样的各侧面施加压力，底面加载板则可以对岩样的底面施加压力，从而模拟岩样在深部条件下所处的高围压环境。
[0015]可选的，还包括：围框，竖直设置于底座外侧，能够包围加热炉，所述围框上设置有水平驱动缸，用于驱动侧面加载板运动；承载梁，水平设置于底座，位于加热炉上侧，所述滚压部件可活动的设置于承载梁。
[0016]通过采用上述技术方案，设置的承载梁即可实现滚压部件的承接，设置的水平驱动缸也能够完成各侧面加载板对岩样施加应力。
[0017]可选的，加热炉还包括：卷帘，沿滚压部件的水平运动方向设置于滑动门上侧，所述卷帘上侧成型有插孔，用于所述滚压部件密封穿过至炉体内；卷轴，可转动的设置于滑动门对应卷帘的两端，用于实现卷帘两端的收卷与放卷。
[0018]通过采用上述技术方案，作业时，岩样置于炉体内后，通过滑动门关闭炉体，再通过滚压部件密封穿过卷帘的插孔，即可实现加热炉的封闭，以减少加热炉加热时热量的散失，而当通过滚压部件移动，对岩样表面进行破岩时，卷帘配合两卷轴，能够使卷帘随滚压部件运动，以实现在加热炉密封情况下完成滚压部件的作业。
[0019]可选的，还包括：密封环，可竖直运动的密封套设于滚压部件外侧，所述密封环能够与所述卷帘密
封连接。
[0020]通过采用上述技术方案，工作时，滚压部件穿过卷帘时，可以将密封环与卷帘密封连接，从而避免热量散失，使加热炉内形成密闭的空间。
[0021]可选的，还包括：底座，设置于加热炉下侧，所述底面加载板穿过加热炉下侧且竖直可运动的设置于底座，所述底座的一侧设置取放通道，用于将岩样置于底面加载板上侧。
[0022]通过采用上述技术方案，作业时，底面加载板竖直运动，落于底座的取放通道，然后将岩样置于底面加载板上，再通过底面加载板竖直运动，即可实现将试样送至加热炉内，然后开始试验即可，试验结束后，再次通过底面加载板竖直运动，从而可以带动完成试验的岩样下落至取放通道位置处，然后直接将岩样取下即可，进而达到方便的取放料操作。
[0023]可选的，所述底座对应取放通道下侧设置有竖直驱动缸，用于推动底面加载板竖直运动；所述取放通道下侧成型有抵推斜面，随所述底面加载板竖直运动，所述抵推斜面能够推动底面加载板趋向取放通道外侧运动；所述竖直驱动缸与所述底面加载板之间设置有弹性拉持件，随所述底面加载板上升，所述弹性拉持件能够拉持底面加载板抵接于取放通道内侧。
[0024]通过采用上述技术方案，当需要放置岩样时，通过竖直驱动缸带动底面加载板竖直向下运动，随底面加载板运动至抵接于抵推斜面时，抵推斜面即可底面加载板推送至取放通道外侧，从而便于试验人员放置岩样，当放完岩样后，随升降部件推动底面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，其特征在于，包括：加热炉(2)，内部能够承载岩样；压力加载部件(3)，设置于加热炉(2)的各竖直侧以及底侧，用于对岩样施加压力；滚压部件(5)，可水平运动的设置于加热炉(2)上侧，用于对岩样破岩；微波发射器(412)，设置于加热炉(2)岩样上侧，用于对岩样微波加热；液氮发射器(425)，设置于加热炉(2)岩样上侧，用于对岩样冷却。2.根据权利要求1所述的一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述加热炉(2)包括：炉体(21)，用于承载岩样；滑动门(22)，水平滑移于炉体(21)上侧，用于开启或关闭炉体(21)。3.根据权利要求1所述的一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，其特征在于，所述滚压部件(5)包括：滑座(51)，可水平运动的设置于加热炉(2)上侧；伸缩缸(52)，竖直固定于滑座(51)下侧；滚压刀具(53)，固定于伸缩缸(52)的伸缩轴下端。4.根据权利要求1所述的一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，其特征在于,所述压力加载部件(3)包括：侧面加载板(31)，设置于所述加热炉(2)的各竖直侧，能够趋向所述加热炉(2)中心方向运动；底面加载板(32)，竖直可运动的设置于所述加热炉(2)的底侧。5.根据权利要求4所述的一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，其特征在于，还包括：围框(11)，竖直设置于底座(1)外侧，能够包围加热炉(2)，所述围框(11)上设置有水平驱动缸(12)，用于驱动侧面加载板(31)运动；承载梁(14)，水平设置于底座(1)，位于加热炉(2)上侧，所述滚压部件(5)可活动的设置于承载梁(14)。6.根据权利要求2所述的一种模拟深部条件下的TBM滚刀破岩试验装置，其特征在于，加热炉(2)还包括：卷帘(223)，沿滚压部件(5)的水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶明，杨政，吴星宇，洪志先，赵瑞，吴攸，赵岩，向恭梁，贾玉春，路道明，朱兆祯，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：