本發明涉及巖石力學與礦山工程，尤其涉及一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統。

背景技術：

1、巖石裂化性能的研究對于礦山開采、隧道施工以及地質災害預測具有重要意義，在實際礦山開采過程中，巖石往往會受到復雜的動態沖擊載荷，這種沖擊載荷可能來源于巷道掘進、采煤機截割等作用，導致巖石內部產生裂紋并發生裂化。

2、現有的研究方法多局限于單一的靜態或動態加載實驗，無法有效模擬巖石從沖擊預裂到后續裂化的全過程；此外，動態實驗裝置的測試精度和多參數同步采集能力較弱，無法實現對裂紋擴展過程的實時監測，導致實驗結果的可靠性和可重復性較低。

3、為此，亟需一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，以滿足復雜巖石力學行為研究的需要。

技術實現思路

1、本發明的目的是提供一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，該系統集成動態沖擊加載、靜態加載、裂紋監測及數據采集功能，能夠為巖石動態行為和力學性能的研究提供實驗支持。

2、為實現上述目的，本發明提供了如下方案：本發明提供一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，包括：

3、巖樣夾持裝置，所述巖樣夾持裝置限位滑動在鋁合金平臺上，用于裝夾不同尺寸和規格的巖石樣品；

4、靜態加載裝置，所述靜態加載裝置與所述巖樣夾持裝置對應設置，所述靜態加載裝置的加載部件抵接在所述巖石樣品的外壁進行靜態加載；

5、動態加載裝置，所述動態加載裝置包括轉動連接在所述鋁合金平臺上的旋轉圓盤，所述旋轉圓盤上設置有若干液壓沖擊截齒，在液壓驅動下向巖石樣品上進行多工況的預裂沖擊；

6、控制裝置，包括電性連接的裂紋監測模塊和數據采集與分析模塊，所述裂紋監測模塊用于監測巖石樣品的狀態，所述數據采集與分析模塊實時記錄裂紋動態行為。

7、優選的，所述裂紋監測模塊包括分別與所述數據采集與分析模塊電性連接的高速攝像頭、聲發射傳感器和激光位移傳感器，所述高速攝像頭、所述聲發射傳感器和所述激光位移傳感器分別與所述巖石樣品對應設置。

8、優選的，所述鋁合金平臺上設置有若干滑動導軌，所述巖樣夾持裝置與所述滑動導軌滑動連接，所述旋轉圓盤與所述滑動導軌鉸接，所述靜態加載裝置設置在所述滑動導軌遠離所述旋轉圓盤的一端。

9、優選的，所述旋轉圓盤上固接有與所述液壓沖擊截齒對應設置的齒座，所述液壓沖擊截齒嵌設連接在所述齒座上的端部，所述液壓沖擊截齒連通有獨立設置的進油液壓支管和回油液壓支管。

10、優選的，所述液壓沖擊截齒內設有相互獨立的進油腔和回油腔，所述進油腔與所述進油液壓支管連通，所述回油腔與所述回油液壓支管連通。

11、優選的，所述巖石樣品內存在有若干巖樣沖擊預裂裂隙，所述巖樣沖擊預裂裂隙由所述液壓沖擊截齒沖擊獲取。

12、優選的，所述鋁合金平臺上活動設置有可調限位裝置，所述可調限位裝置與所述巖樣夾持裝置限位連接。

13、優選的，所述滑動導軌上滑動限位滑動有滑動塊，所述巖樣夾持裝置固接在所述滑動塊上。

14、與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果：本發明公開了一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，系統能夠全面模擬巖石在井下截割工況下的受力情況，通過動態沖擊加載模擬巖石預裂過程，進一步結合靜態加載裝置測試預裂巖石的裂化性能，從而全面反映巖石沖擊預裂后的力學行為，包括殘余強度、裂紋擴展路徑及裂化模式；該系統由巖樣夾持裝置、動態沖擊加載裝置、靜態加載裝置、裂紋監測模塊、數據采集與分析模塊組成，巖樣夾持裝置能夠穩固夾持不同形狀和尺寸的巖石樣品，以適應不同的實驗條件，可增加實驗的適用范圍，提高了裝置的適用性；動態沖擊加載裝置用于對巖石施加動態沖擊載荷，模擬井下采煤機截割煤巖的真實工況，裝置采用若干液壓沖擊截齒進行加載，且可通過旋轉圓盤調節沖擊加載的數量和角度，可模擬單點及多點沖擊預裂工況，并精確控制沖擊能量大小和加載方向；在沖擊預裂后，利用靜態加載裝置對巖石施加載荷，進一步測試其裂化性能，包括殘余強度、彈性模量及裂紋擴展路徑；裂紋監測模塊用于實時記錄巖石裂紋擴展的動態過程，實現對裂紋位置、擴展速度、裂紋數量及分布特征的精確測量，提供裂紋萌生、擴展速度和裂紋數量等關鍵數據，為巖石裂化機理的深入研究提供了可靠的實驗依據；數據采集與分析模塊與裂紋監測模塊電性連接，實時記錄應力-應變曲線及裂紋動態行為，對采集數據進行處理、擬合與可視化分析，確保實驗數據的完整性與可靠性，并通過可視化分析工具生成直觀的實驗報告。

15、本發明操作簡單，使用方便，通過動態加載和靜態加載的結合，更加真是的模擬巖石在井下截割工況下的受力情況，并實現實驗參數的同步采集與處理，確保實驗數據的完整性與可靠性，為礦山工程的進行提供更精準的數據支撐。

技術特征：

1.一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述裂紋監測模塊(17)包括分別與所述數據采集與分析模塊電性連接的高速攝像頭(8)、聲發射傳感器(9)和激光位移傳感器(10)，所述高速攝像頭(8)、所述聲發射傳感器(9)和所述激光位移傳感器(10)分別與所述巖石樣品(7)對應設置。

3.根據權利要求1所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述鋁合金平臺(18)上設置有若干滑動導軌(19)，所述巖樣夾持裝置(3)與所述滑動導軌(19)滑動連接，所述旋轉圓盤(4)與所述滑動導軌(19)鉸接，所述靜態加載裝置(1)設置在所述滑動導軌(19)遠離所述旋轉圓盤(4)的一端。

4.根據權利要求1所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述旋轉圓盤(4)上固接有與所述液壓沖擊截齒(11)對應設置的齒座(14)，所述液壓沖擊截齒(11)嵌設連接在所述齒座(14)上的端部，所述液壓沖擊截齒(11)連通有獨立設置的進油液壓支管(15)和回油液壓支管(16)。

5.根據權利要求4所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述液壓沖擊截齒(11)內設有相互獨立的進油腔(13)和回油腔(12)，所述進油腔(13)與所述進油液壓支管(15)連通，所述回油腔(12)與所述回油液壓支管(16)連通。

6.根據權利要求1所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述巖石樣品(7)內存在有若干巖樣沖擊預裂裂隙(6)，所述巖樣沖擊預裂裂隙(6)由所述液壓沖擊截齒(11)沖擊獲取。

7.根據權利要求3所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述鋁合金平臺(18)上活動設置有可調限位裝置(2)，所述可調限位裝置(2)與所述巖樣夾持裝置(3)限位連接。

8.根據權利要求3所述的沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，其特征在于：所述滑動導軌(19)上滑動限位滑動有滑動塊，所述巖樣夾持裝置(3)固接在所述滑動塊上。

技術總結
本發明屬于巖石力學與礦山工程技術領域，公開了一種沖擊預裂后的巖石裂化性能測試實驗系統，包括巖樣夾持裝置，用于裝夾不同尺寸和規格的巖石樣品；靜態加載裝置的加載部件抵接在巖石樣品的外壁進行靜態加載；動態加載裝置包括若干活動設置的液壓沖擊截齒，在液壓驅動下向巖石樣品上進行多工況的預裂沖擊；控制裝置包括電性連接的裂紋監測模塊和數據采集與分析模塊。本發明操作簡單，使用方便，通過動態加載和靜態加載的結合，更加真是的模擬巖石在井下截割工況下的受力情況，并實現實驗參數的同步采集與處理，確保實驗數據的完整性與可靠性，為礦山工程的進行提供更精準的數據支撐。

技術研發人員：田瑩,劉洋,張強,金江,袁曉明,王聰
受保護的技術使用者：中國煤炭科工集團太原研究院有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24