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专利号: 2020104668084
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:包括位置控制模块(1)、角度调整模块(2)、机械-水力联合切割模块(3)和激光测距模块;

所述位置控制模块(1)通过螺纹连接在角度调整模块(2)的上端,所述位置控制模块(1)内周向均匀间隔设置三个螺纹孔(4),每个螺纹孔(4)下部分别连通一个滑动槽(5),所述滑动槽(5)内安装有稳固器(6),螺纹孔(4)内转动配合有预紧螺栓(32),且预紧螺栓(32)的下端与稳固器(6)的上端固定,所述位置控制模块(1)外壁设有高度刻标(7),位置控制模块(1)内部设置主动转轴(10),所述主动转轴(10)内部轴向开设有一贯穿的通液穿孔(11);

所述角度调整模块(2)外部固定有转向底托(17)和角度挡板(31),角度调整模块(2)内部为球形空腔(8),所述球形空腔(8)加工出内外贯通的弧形滑道(16),所述球形空腔(8)内部设置相互啮合的主动锥形齿轮(12)、独立锥形齿轮(13)、被动锥形齿轮(14),所述角度调整模块(2)内底部设置被动转轴(15),所述主动锥形齿轮(12)固定在所述主动转轴(10)下端,所述独立锥形齿轮(13)利用轴承构件(47)固定在球形空腔(8)内部,所述被动锥形齿轮(14)固定在所述被动转轴(15)上端,所述被动转轴(15)下端分别穿过弧形滑道(16)和转向底托(17)后通过螺纹接轴座(9)与所述机械-水力联合切割模块(3)连接,所述主动锥形齿轮(12)内部设置上部导水通道(19),所述被动锥形齿轮(14)和被动转轴(15)内部设置下部导水通道(20),上部导水通道(19)和下部导水通道(20)通过导水高压软管(21)连接,且上部导水通道(19)与所述通液穿孔(11)连通,所述角度调整模块(2)外壁设有角度刻标(45);

所述机械-水力联合切割模块(3)内部设置有两个一端开口的储水憋压腔(22),两个储水憋压腔(22)相互连通且开口方向相反,两个所述储水憋压腔(22)的连通处开设有入水口(23),所述入水口(23)与所述下部导水通道(20)连通,所述储水憋压腔(22)内部设有复位弹簧(25)和高压喷水刀齿(26),所述复位弹簧(25)的劲度系数为K1,所述高压喷水刀齿(26)插入复位弹簧(25)中并由开口伸出储水憋压腔(22),所述高压喷水刀齿(26)底部设有耐高压水射流型槽(40),所述耐高压水射流型槽(40)内部设置顶塞弹簧(29)、T形挡水塞(30),所述挡水塞(30)插入所述顶塞弹簧(29)中,所述顶塞弹簧(29)的劲度系数为K2,且K2大于K1,所述耐高压水射流型槽(40)连通高压喷水刀齿(26)顶端的射流喷嘴(41),所述储水憋压腔(22)靠近开口处的内壁上还设有限位环(24);

所述激光测距模块包括激光测距传感器(43)和激光测距接收器(44),所述激光测距传感器(43)设置在所述机械-水力联合切割模块(3)内部,激光测距传感器(43)与激光测距接收器(44)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:所述稳固器(6)包括连杆器(33)、轴向位移杆(34)、上部径向位移杆(36)、下部径向位移杆(37)和抓壁方齿(38),所述连杆器(33)上端插接所述预紧螺栓(32),连杆器(33)下端插接所述轴向位移杆(34),所述轴向位移杆(34)的另一端与上部径向位移杆(36)的一端通过活动铰接件(35)连接,所述下部径向位移杆(37)的一端与滑动槽(5)的底端通过固定铰接件(39)连接,所述上部径向位移杆(36)与下部径向位移杆(37)共同活动铰接所述抓壁方齿(38)。

3.根据权利要求1所述的一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:所述转向底托(17)通过紧固螺丝(18)固定在角度调整模块(2)外侧。

4.根据权利要求1所述的一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:所述螺纹接轴座内部设置密封垫一(27),所述耐高压水射流型槽(40)内底部设置密封垫二(28)。

5.根据权利要求1所述的一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:所述高压喷水刀齿(26)底部外侧设置密封圈(46)。

6.根据权利要求1所述的一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:所述高压喷水刀齿(26)顶部为半圆形刀头(42)。

7.根据权利要求6所述的一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置,其特征在于:所述刀头(42)为硬质合金材料。

8.一种煤岩试样内部任意角度裂缝预制方法,其特征在于,采用权利要求2所述的预制装置在煤岩内部切割裂缝,具体步骤如下:(a)明确所需裂缝预制长度、角度以及在煤岩试样的内部位置,根据上述信息在煤岩试样上确定合适的钻孔位置、钻孔直径和深度,并利用钻机进行钻孔;

(b)根据所要制作预制裂缝的角度,利用角度刻标(45)调整转向底托(17)使机械-水力联合切割模块(3)至所需的角度,然后固定转向底托(17);

(c)将所述煤岩试样内部任意角度裂缝预制装置放入钻孔中,通过位置控制模块(1)外壁的高度刻标(7),调整预制装置在钻孔中的高度,使机械-水力联合切割模块(3)满足预制裂缝在试样内部的高度位置;旋拧预紧螺栓(32)使抓壁方齿(38)紧固抓靠钻孔内壁,将预制装置固定于钻孔中;

(d)利用水泵及耐高压水管连接通液穿孔(11),用电机连接主动转轴(10);

(e)开启激光测距传感器(43)与激光测距接收器(44),再依次开启电机和水泵,缓慢增加泵水压力;

(f)激光测距接收器(44)实时接收激光测距传感器(43)监测的裂缝长度数据,当裂缝长度到达要求后,依次关闭水泵和电机,旋转预紧螺栓(32),使抓壁方齿(38)收折,然后取出预制装置;

(g)封堵钻孔壁上的预制裂缝,再对整个钻孔进行注浆填充封堵,经过养护使其与煤岩试样形成统一整体。