[发明专利]一种便携式煤岩冲击倾向性测试装置及方法

权利要求书

1.一种便携式煤岩测试装置，其特征在于，它包括：压头(11)、压杆(12)、位移传感器(13)、弹性元件(14)、压力传感器(15)、壳体(16)、前握柄(17)、挡板(18)、微型处理器(19)和后握柄(22)；

其中，

压杆(12)的前端连接压头(11)，压杆(12)的后端连接位移传感器(13)；

位移传感器(13)通过弹性元件(14)与压力传感器(15)相连接；

位移传感器(13)、弹性元件(14)和压力传感器(15)的外面设置有壳体(16)；

壳体(16)的前端依次设置有前握柄(17)和挡板(18)；

压杆(12)从壳体(16)、前握柄(17)和挡板(18)的中间穿过；

壳体(16)的后端设置有微型处理器(19)；

位移传感器(13)和压力传感器(15)均与微型处理器(19)相连接；

微型处理器(19)的后端设置有后握柄(22)。

2.根据权利要求1所述的便携式煤岩测试装置，其特征在于，所述的微型处理器(19)上设置有显示屏(20)和操作按钮(21)；

优选地，所述的显示屏(20)为数字显示屏；所述的操作按钮(21)包括：开/关按钮、切换按钮、菜单按钮和/或返回按钮。

3.根据权利要求1或2所述的便携式煤岩测试装置，其特征在于，所述的压头(11)为金刚石压头，优选为金刚石维氏压头。

4.根据权利要求1或2所述的便携式煤岩测试装置，其特征在于，所述的压头(11)为锥形、球形、圆柱或楔形，优选为正四棱锥形。

5.根据权利要求1或2所述的便携式煤岩测试装置，其特征在于，所述的弹性元件(14)为弹簧，其最大弹力为100N；所述的前握柄(17)和后握柄(22)均设置有防滑套。

6.根据权利要求1或2所述的便携式煤岩测试装置，其特征在于，所述的压头(11)、压杆(12)和弹性元件(14)同轴设置。

7.一种煤岩的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)采用权利要求1～6任意一项所述的便携式煤岩测试装置，使压头(11)紧贴煤岩体表面并保持垂直；

(2)施加外力使压头(11)在压入煤岩体的同时向后压缩弹性元件(14)，直至挡板(18)碰到煤岩体表面，位移传感器(13)和压力传感器(15)分别记录得到位移数字信号和载荷数字信号，经微型处理器(19)处理，得到以位移为横坐标、载荷为纵坐标的加载曲线，然后垂直卸载测试装置，将压头(11)从煤岩体中抽出，得到卸载曲线。

8.根据权利要求7所述的煤岩的测试方法，其特征在于，基于所得载荷F-位移h的加载曲线和/或卸载曲线，经微型处理器(19)处理，根据如下的公式①，计算得到压痕硬度H：

其中，A为在F作用下接触表面的面积，对于金刚石维氏压头而言，A＝26.43h_max²；

根据如下的公式②，计算得到单轴抗压强度R_C：

R_C＝5.8H^0.62 ②

根据GB/T 25217.2-2010《冲击地压测定、监测与防治方法》对冲击倾向性的量化标准，判据如下：

当R_C＜7时，测试煤岩体可视为无冲击倾向性；

当7≤R_C＜14时，测试煤岩体为弱冲击倾向性；

当R_C≥14时，测试煤岩体为强冲击倾向性。

9.根据权利要求7所述的煤岩的测试方法，其特征在于，根据如下的公式③，计算得到弹性能量常数V_E；

其中，绝对功W_s＝0.5F_maxh_max，弹性能W_E为卸载曲线下的面积。

10.根据权利要求7所述的煤岩的测试方法，其特征在于，利用Olive-Pharr方法，选取卸载曲线的25％～50％进行拟合，经微型处理器(19)处理，得到载荷F与位移h之间的函数④：

F＝B(h-h_p)^m ④

其中，h_p为卸载后的残余变形，B和m为采用最小二乘法得到的拟合参数；

根据如下的公式⑤，计算得到接触刚度S；

根据如下的公式⑥，计算得到接触深度h_c；

其中，ε是与压头相关的常数；

根据如下的公式⑦和⑧，计算得到折合模量E_r和弹性模量E；

其中，β是与压头相关的常数；E_i、v_i分别为压头的弹性模量和泊松比；ν为测试煤岩体的泊松比。