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申请/专利权人：安徽理工大学

摘要：本发明提供一种研究砂岩竖井滚刀破岩的试验装置及试验方法，包括架体、岩石试样、钻杆、钻头、监测组件和控制系统，其中，所述岩石试样设置在所述架体内，所述钻杆设置在所述架体上，所述钻头连接在所述钻杆的下端，所述钻头位于所述岩石试样的上方，所述钻头的下端安装有滚刀，所述钻杆带动所述钻头旋转和上下移动，所述滚刀能够对所述岩石试样进行破岩；所述监测组件与控制系统连接，所述控制系统能够控制所述试验装置的运行。利用该试验装置能够进行不同围压工况下的竖井滚刀破岩试验，在研究软岩破岩刀具类型的适宜性方面做出探索，为矿井钻井法施工选择合适刀具，减少刀具磨损或刀具更换次数，缩短施工工期，提高破岩效率，节约成本。

主权项：1.一种研究砂岩竖井滚刀破岩的试验装置，其特征在于，包括架体、岩石试样、钻杆、钻头、监测组件和控制系统，其中，所述岩石试样设置在所述架体内，所述钻杆设置在所述架体上，所述钻头连接在所述钻杆的下端，所述钻头位于所述岩石试样的上方，所述钻头的下端安装有滚刀，所述钻杆带动所述钻头旋转和上下移动，所述滚刀能够对所述岩石试样进行破岩；所述监测组件与控制系统连接，所述监测组件能够对试验中的数据进行采集，所述控制系统能够控制所述试验装置的运行，所述架体为框架结构，所述架体包括底座、立柱和顶板，所述立柱设置有四根，所述底座设置有四个，每个所述立柱的下端延伸至一个所述底座内，所述立柱的顶端与所述顶板连接；所述底座的下端连接有固定板，所述固定板通过第一螺栓固定在地基基础上；还包括第一加腋板，所述底座的周围设置有多个所述第一加腋板，所述第一加腋板与所述底座和所述固定板均连接，所述顶板上设置有竖向液压缸和旋转液压缸，所述竖向液压缸的输出端与所述钻杆连接，所述竖向液压缸能够驱动所述钻杆上下移动；所述旋转液压缸的输出端与所述钻杆连接，所述旋转液压缸能够驱动所述钻杆旋转；所述竖向液压缸和所述旋转液压缸均与所述控制系统连接，还包括支档面板，所述支档面板设置在所述架体中部，所述立柱穿过所述支档面板，所述支档面板与所述立柱固定连接，在所述支档面板上设置有第一通孔，所述钻头为圆柱形结构，所述钻头由所述第一通孔穿过所述支档面板，所述钻头的侧壁与所述第一通孔的内壁之间为间隙配合关系，所述支档面板用于限制所述钻头的位置不发生偏移或摆动；所述支档面板为钢结构部件，还包括刀盘和刀座，所述刀盘为圆柱体结构，所述刀盘的上端与所述钻头的下端连接，所述刀座安装在所述刀盘的下表面上，所述刀座能够沿所述刀盘的径向移动，所述刀座用于安装所述滚刀；所述刀盘的下表面沿所述刀盘的径向设置有凹槽，所述刀座通过所述凹槽与所述刀盘滑动连接，所述刀座设置有第三螺栓，所述第三螺栓能够将所述刀座位于所述刀盘上的位置进行固定；安装所述滚刀的所述刀座设置有多个；所述滚刀为刮刀、镶齿楔形滚刀或球齿滚刀中的一种，所述刀座与所述滚刀匹配；所述第三螺栓设置有4~6颗，还包括支撑板，所述立柱穿过所述支撑板并与所述支撑板固定连接，所述支撑板竖向设置有第二通孔；所述架体内的地基基础上设置有基座，所述基座上设置有试样槽，所述岩石试样设置在所述试样槽内，所述岩石试样为圆柱体结构，所述试样槽为圆环状结构，所述试样槽环绕所述岩石试样，所述第二通孔的直径大于所述试样槽的直径；所述岩石试样位于所述第二通孔内，所述第二通孔的内壁设置有若干径向液压缸，在所述试样槽与所述径向液压缸对应的位置设置有位置标记点，所述径向液压缸的输出端在所述位置标记点处与所述试样槽抵接，所述径向液压缸能够对所述岩石试样进行加压，所述径向液压缸与所述控制系统连接；沿所述第二通孔的轴向设置有两排所述径向液压缸，每排所述径向液压缸沿所述第二通孔周向均匀分布且位于同一平面；所述试样槽材质为不锈钢，所述试样槽由多块钢板拼接而成；所述径向液压缸设置有32个；所述岩石试样的高度大于所述试样槽的高度100mm-200mm；所述岩石试样的直径大于所述钻头的直径100mm-200mm，所述监测组件包括三向力传感器、转速传感器和位移传感器，所述三向力传感器、所述转速传感器和所述位移传感器均设置在所述刀座上，所述三向力传感器、所述转速传感器和所述位移传感器均与所述控制系统连接；所述三向力传感器用于采集所述竖向液压缸所施加的压力数据，所述转速传感器用于采集所述钻头的转速数据，所述位移传感器用于采集所述钻头的竖向位移数据，所述监测组件包括压力传感器，所述压力传感器与所述控制系统连接；所述压力传感器设置在所述径向液压缸内，所述压力传感器能够采集所述径向液压缸对所述岩石试样施加压力的数据。

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