一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置及实验方法

1.本发明涉及岩石爆破技术领域，特别是涉及一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置及实验方法。


背景技术：

2.随着地表浅部资源逐渐枯竭，资源开发的重心逐步向更深处发展。而随着开采深度的增加，围压会成为不可忽略的因素之一。在深部开采条件下，岩石所受应力相比于浅部更为复杂，围压对于岩体的影响主要表现在两个方面，一是增强岩石的力学性能；二是抑制岩石内裂纹的产生和扩展等，从而影响岩石整体的爆破效果。因此，研究围压下岩石爆破过程中岩石的爆破效果，以作为指导深部开采条件下工程爆破实践的理论依据就显得十分重要。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置及实验方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现对围压影响下岩石爆破效果的定量分析研究，从而为深部开采条件下工程爆破提供理论依据。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置，包括
5.装置支架，岩石试件放置于所述装置支架内；以及
6.传力板，多个所述传力板紧贴所述岩石试件的外侧面设置，且所述传力板的边缘与所述装置支架的主体之间留有缝隙，方便起爆线从岩石试件中引出；以及
7.反力板，所述装置支架的外侧与所述传力板对应的位置设置有所述反力板；以及
8.分离式千斤顶，所述反力板与传力板之间设置有所述分离式千斤顶。
9.在其中一个实施例中，所述反力板采用高强度钢板制成。
10.在其中一个实施例中，所述反力板的四个角上分别开设有螺栓孔一，所述螺栓孔一用于通过螺栓将所述反力板固定到所述装置支架上。
11.在其中一个实施例中，所述反力板的板面上开设有两个螺栓孔二，所述分离式千斤顶通过螺栓孔二与所述反力板相连接。
12.在其中一个实施例中，所述分离式千斤顶包括液压千斤顶、手动液压泵和仪表盘，所述液压千斤顶与所述手动液压泵通过管路连接，所述仪表盘用于显示所述液压千斤顶所施压力的大小。
13.在其中一个实施例中，所述液压千斤顶设置在所述反力板与传力板之间，所述反力板的板面上开设有两个螺栓孔二，所述液压千斤顶通过螺栓孔二与所述反力板相连接。
14.本发明还提供一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验方法，应用于上述的定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置，包括以下步骤：
15.步骤一：制作岩石试件，所述岩石试件上设有炮孔，在所述炮孔中装入炸药，在所
述炸药上连接起爆线并引出至起爆器；
16.步骤二：将装有炸药的岩石试件放入装置支架中，岩石试件的尺寸等于装置支架的内腔尺寸并契合在装置支架中；再将反力板与分离式千斤顶通过反力板中的螺栓孔二相连接，形成一个整体；
17.步骤三：将传力板紧贴试件，传力板的平面尺寸小于试件的平面尺寸，从而使起爆线可通过所述传力板与装置支架的缝隙中引出；再将所述反力板与装置支架通过所述反力板上的螺栓孔一相连接，完成整体实验装置的安装；
18.步骤四：通过所述分离式千斤顶中的手动液压泵为液压千斤顶提供应力，从而通过所述传力板为岩石试件施加围压，通过仪表盘来控制围压的大小；
19.步骤五：围压施加完成后将所述分离式千斤顶中的液压千斤顶与手动液压泵和仪表盘分离，并通过所述起爆器起爆所述炸药，在起爆后预定时间将实验装置拆解并取出爆破后的岩石试件；
20.步骤六：收集爆破后的岩石试件炮孔内部碎岩以及外掷的破碎岩块，配合使用标准方孔石子套筛与电子台秤，对爆破碎岩进行5级粒径筛分析，分别记录各等级碎岩质量及累计质量；
21.步骤七：基于碎岩块度筛分析结果，引用分形几何理论对碎岩进行量化分析，通过公式计算岩石试件在不同围压下的分形维数d，采用gate-gaudin-schumann与rosin-rammler经典碎岩块度计算模型，二者分布函数表达式为：
22.r-r分布：
23.g-g-s分布：式中，y为筛分等级x以下的碎岩累计质量百分比，x0为特定筛分等级的碎岩质量，n为碎岩分布参数，分别对两式求对数，均可得到近似直线方程的表达形式，即y＝ax b，因此，可将各筛分等级的碎岩质量累积百分数m(ε)/m与碎岩累积质量ε在双对数坐标系下进行线性拟合，所得直线方程的斜率a即为碎岩分布指数，该指数与分形维数d存在关联，进而将分维数d的求解转化为斜率a的求解：
24.d＝3-a。
25.本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：
26.本发明的定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置及实验方法，其中实验装置部分包括装置支架、传力板、分离式千斤顶和反力板，将装有炸药的岩石试件放入装置支架中，再将反力板与分离式千斤顶相连接，形成一个整体；将传力板紧贴试件，再将反力板与装置支架相连接，完成整体实验装置的安装；通过手动液压泵为液压千斤顶提供应力，从而通过传力板为岩石试件施加围压，通过仪表盘来控制围压的大小；通过起爆器起爆炸药，收集爆破后的岩石试件炮孔内部碎岩以及外掷的破碎岩块，对爆破碎岩进行5级粒径筛分析，分别记录各等级碎岩质量及累计质量；基于碎岩块度筛分析结果，引用分形几何理论对碎岩进行量化分析，计算岩石试件的分形维数与碎岩分布指数。本发明用以实现对围压影响下岩石爆破效果的定量分析研究，从而为深部开采条件下工程爆破提供理论依据。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置的整体结构示意图；
29.图2为反力板的结构示意图；
30.其中，1装置支架；2反力板；21反力板的板面；22螺栓孔二；23螺栓孔一；3分离式千斤顶；4传力板。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
32.本发明的目的是提供一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置及实验方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现对围压影响下岩石爆破效果的定量分析研究，从而为深部开采条件下工程爆破提供理论依据。
33.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
34.如图1-图2所示，本发明提供一种定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置，包括装置支架1、传力板4、分离式千斤顶3和反力板2，将装有炸药的岩石试件放入装置支架1中，再将反力板2与分离式千斤顶3相连接，形成一个整体；将传力板4紧贴试件，再将反力板2与装置支架1相连接，完成整体实验装置的安装；通过手动液压泵为液压千斤顶提供应力，从而通过传力板4为岩石试件施加围压，通过仪表盘来控制围压的大小。
35.具体地，反力板2包括反力板板面、螺栓孔一23和螺栓孔二22，反力板的板面21为140mm*140mm*20mm的高强度钢板，螺栓孔二22为两个直径为8.7mm的螺孔，螺栓孔一23为4个直径为4.8mm的螺孔。螺栓孔二22中的螺栓连接分离式千斤顶3，从而使反力板2与分离式千斤顶3形成一个整体。螺栓孔一23中的螺栓连接反力板2与装置支架1，从而使反力板2与装置支架1紧密相连。
36.分离式千斤顶包括薄型液压千斤顶、手动液压泵和仪表盘。液压千斤顶与反力板2中螺栓孔二22通过螺栓连接固定，手动液压泵通过手动施压为液压千斤顶提供应力，并将传力板4推到试件表面进行施压，仪表盘通过表盘显示所施加力的大小。
37.定量分析围压下岩石爆破效果的实验方法，其实验步骤如下：
38.1.制作立方体岩石试件，立方体岩石试件上设有炮孔。在炮孔中装入ddnp炸药，在炸药上连接起爆线并引出至起爆器。
39.2.将装有炸药的立方体岩石试件放入装置支架1中，试件的尺寸等于装置支架1的内腔尺寸并契合在装置支架1中。再将反力板2与分离式千斤顶3通过反力板2中的螺栓孔二22相连接，形成一个整体。
40.3.将传力板4紧贴试件，传力板4的平面尺寸略小于试件的平面尺寸，从而使起爆线可通过传力板4与装置支架1的缝隙中引出。再将反力板2与装置支架1通过反力板2的螺栓孔一23相连接，完成整体实验装置的安装。
41.4.通过分离式千斤顶3中的手动液压泵为液压千斤顶提供应力，从而通过传力板4为试件施加围压，通过仪表盘来控制围压的大小。
42.5.围压施加完成后将分离式千斤顶3中的液压千斤顶与手动液压泵和仪表盘分离，并通过起爆器起爆炸药，在起爆后预定时间将实验装置拆解并取出爆破后的立方体岩石试件。
43.6.收集爆破后的立方体岩石试件炮孔内部碎岩以及外掷的破碎岩块，配合使用标准方孔石子套筛与电子台秤，对爆破碎岩进行5级粒径筛分析，分别记录各等级碎岩质量及累计质量。
44.7.基于碎岩块度筛分析结果，引用分形几何理论对碎岩进行量化分析，通过公式计算立方体岩石试件在不同围压下的分形维数d，采用gate-gaudin-schumann与rosin-rammler经典碎岩块度计算模型，二者分布函数表达式为：
45.r-r分布：
46.g-g-s分布：式中，y为筛分等级x以下的碎岩累计质量百分比，x0为特定筛分等级的碎岩质量，n为碎岩分布参数，分别对两式求对数，均可得到近似直线方程的表达形式，即y＝ax b，因此，可将各筛分等级的碎岩质量累积百分数m(ε)/m与碎岩累积质量ε在双对数坐标系下进行线性拟合，所得直线方程的斜率a即为碎岩分布指数，该指数与分形维数d存在关联，进而将分维数d的求解转化为斜率a的求解：
47.d＝3-a。
48.本发明中的定量分析围压下岩石爆破效果的实验装置和实验方法基于以下原理：
49.1.三维围压加载爆破试验装置通过可拆卸结构来提升装置的便携性，先将立方体岩石试件放入装置支架1中，再将反力板2与分离式千斤顶3通过反力板中2的螺栓孔二22相连接，形成一个整体。将传力板4紧贴试件，传力板4的平面尺寸略小于试件的平面尺寸，从而使起爆线可通过传力板4与装置支架1的缝隙中引出。再将反力板2与装置支架1通过反力板2的螺栓孔一23相连接，完成整体实验装置的安装。
50.2.通过分离式千斤顶3输出应力传递到传力板4并进一步传递到立方体试件中，通过仪表盘来确定所施加围压的具体数值。在分离式千斤顶3的应力输出过程中由传力板4为试件提供应力，装置支架1的内腔提供反作用力，装置支架1与反力板2通过反力板2的螺栓孔一23连接成为一个整体保证实验装置的整体强度，从而实现立方体岩石试件三向受压的实验条件。
51.3.通过收集爆破后的立方体岩石试件炮孔内部碎岩以及外掷的破碎岩块，配合使用标准方孔石子套筛与电子台秤，对爆破碎岩进行5级粒径筛分析，分别记录各等级碎岩质量及累计质量；基于碎岩块度筛分析结果，引用分形几何理论对碎岩进行量化分析，计算岩石试件的分形维数与碎岩分布指数。
52.需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
53.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。