本技术涉及工程岩体，尤其是一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置。
背景技术：
1、深部围岩巷道受高应力影响，加之岩石的流变特性显著、脆硬性岩石的储能较大，导致巷道存在大变形失稳及冲击的可能。这些灾害事故严重影响着深部矿井的安全生产。在实验室试验中，由冲击动载作用于相似材料的装置并不完善，致可提供参考的物理试验较少。研究冲击动载条件下巷道破坏的机理基本只能依靠数值模拟及现场工业性试验，并且依据物理实验中不同支护效果来减少现场工程试错的可能性相对较低。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置及其方法。为解决上述技术问题，本实用新型采用了下列技术方案：
2、一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，包括相似材料搭建系统、整形系统、静载系统、测控系统、测据系统、拍摄系统、冲击系统和电控提升系统，所述相似材料搭建系统上方设置有整形系统，所述整形系统上方设置有冲击系统和电控提升系统，所述相似材料搭建系统用于在平面应变试验中进行相似材料的搭建，所述整形系统用于动载冲击时相似材料可均匀受力，所述静载系统用于形成静载荷，所述测控系统用于测量动态式的高频应变，所述测据系统用于测量落锤下落的时间、速度和落锤下落的高度，所述拍摄系统用于捕获顶板动载扰动下巷道围岩的破裂特征，所述冲击系统用于形成冲击动载，所述电控提升系统用于冲击载荷的复位。
3、进一步的，所述相似材料搭建系统包括平面应变试验台、压力盒、围岩、刚性厚板、超动态应变仪、示波器，所述平面应变试验台上设置有底板，所述平面应变试验台上设置有巷道开挖后形成的围岩，刚性厚板设置在平面应变试验台的后侧，槽钢设置在平面应变试验台的前侧，所述平面应变试验台中搭建有相似材料，所述压力盒设置在平面应变试验台的相似材料中，所述压力盒与测控系统连接，所述测控系统包括超动态应变仪、示波器和第一计算机，所述超动态应变仪、示波器串联，所述示波器与第一计算机连接。
4、进一步的，所述第一计算机还连接有拍摄系统，所述拍摄系统包括高速摄像机。
5、进一步的，所述相似材料搭建系统还包括亚克力板。
6、进一步的，整形系统，所述整形系统包括砂子和整形器，整形器与长行程电动千斤顶连接。
7、进一步的，测据系统，所述测据系统包括激光测速仪、激光测距仪，所述激光测速仪与第一计算机连接，所述激光测距仪与第二计算机连接。
8、进一步的，所述整形系统上方布置有长行程电动千斤顶。
9、进一步的，冲击系统，所述冲击系统包括落锤、导轨，所述平面应变试验台上方的两侧设置有导轨，所述导轨上设置有横梁，所述长行程电动千斤顶设置在横梁上，所述落锤的两侧通过滑动架与导轨滑动连接，所述落锤中部设置有圆柱孔，所述长行程电动千斤顶穿过所述圆柱孔。
10、进一步的，电控提升系统，所述电控提升系统包括强磁吸铁器与牵引线，所述强磁吸铁器与落锤磁性吸附连接，所述牵引线与强磁吸铁器连接，所述牵引线与牵引机构连接；所述落锤上方安装有弹簧式助推器，所述弹簧式助推器与第二计算机连接。
11、一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试方法，包括如下步骤：
12、(1)在平面应变试验台中进行相似材料的搭建，在要开挖巷道的底板及围岩中放入压力盒，并用刚性厚板固定相似材料的后部、用槽钢固定相似材料的前部，待相似材料晒干后拆除前部槽钢，装上亚克力板；
13、(2)在平面应变试验台前方进行巷道的开挖，所埋设的压力盒与超动态应变仪及示波器串联，使用第一计算机统一调控，形成测控系统，用于测量动态式的高频应变；
14、(3)将高速摄像机连接至第一计算机中，形成拍摄系统，用于捕获顶板动载扰动下巷道围岩的破裂特征，在相似材料上方放入砂子与整形器共同组成整形系统，用于动载冲击时相似材料可均匀受力；
15、(4)将激光测速仪及激光测距仪分别连接至第一计算机与第二计算机中，形成测据系统，激光测速仪负责测量落锤下落的时间及速度，激光测距仪负责测量落锤下落的高度，计算出冲击时的应力数值；
16、(5)在整形系统上方布置长行程电动千斤顶，使直墙半圆拱巷道一直处于静载荷状态，模拟地下巷道真实所处情况；
17、(6)通过强磁吸铁器与牵引线所组成的电控提升系统，并在落锤中间留出比长行程电动千斤顶半径要大的圆柱孔，用于实现落锤沿导轨方向的提升及降落；
18、(7)在第二计算机联机电控落锤系统后，随牵引线的伸长，利用电流所形成的强磁吸住已经下落的落锤并将其沿导轨提升，当断开联机时，强磁性消失，落锤沿导轨下落，形成冲击载荷，落锤、强磁吸铁器形成冲击系统；
19、(8)在落锤上方安装弹簧式助推器并连接至第二计算机，依据不同高度的阀门提供落锤一个不同的初始速度，模拟不同高度下顶板受动载扰动下巷道围岩的破坏状态；
20、(9)上述步骤整体实现了相似材料模型承受冲击动载的目标，随落锤作用于相似材料，巷道围岩会随不同应力的冲击动载而呈现不同的破裂情况；
21、(10)依据巷道围岩的破裂情况，对巷道进行不同方式的支护，以此来确定冲击动载条件下最优的支护方式。
22、本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：(1)相似材料可考虑不同的配比来模拟不同的地质条件，如：脆硬性岩巷、软岩巷道、煤巷等；(2)该装置通过测控系统、整形系统、测据系统、电控提升系统、冲击系统等协同作用，实现了冲击动载作用于相似材料上的可能，为实验室物理实验提供了基础；(3)由可观察未支护时巷道的破裂模式，并对巷道进行不同方式的支护，对比其支护效果，探讨最优支护建议。优化了研究动载下巷道围岩破裂特征的手段。
1.一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：包括相似材料搭建系统、整形系统、静载系统、测控系统、测据系统、拍摄系统、冲击系统和电控提升系统，所述相似材料搭建系统上方设置有整形系统，所述整形系统上方设置有冲击系统和电控提升系统，所述相似材料搭建系统用于在平面应变试验台中进行相似材料的搭建，所述整形系统用于动载冲击时相似材料可均匀受力，所述静载系统用于形成静载荷，所述测控系统用于测量动态式的高频应变，所述测据系统用于测量落锤下落的时间、速度和落锤下落的高度，所述拍摄系统用于捕获顶板动载扰动下巷道围岩的破裂特征，所述冲击系统用于形成冲击动载，所述电控提升系统用于冲击载荷的复位。
2.根据权利要求1所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述相似材料搭建系统包括平面应变试验台、压力盒、围岩、刚性厚板、超动态应变仪、示波器，所述平面应变试验台上设置有底板，所述平面应变试验台上设置有巷道开挖后形成的围岩，刚性厚板设置在平面应变试验台的后侧，槽钢设置在平面应变试验台的前侧，所述平面应变试验台中搭建有相似材料，所述压力盒设置在平面应变试验台的相似材料中，所述压力盒与测控系统连接，所述测控系统包括超动态应变仪、示波器和第一计算机，所述超动态应变仪、示波器串联，所述示波器与第一计算机连接。
3.根据权利要求2所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述第一计算机还连接有拍摄系统，所述拍摄系统包括高速摄像机。
4.根据权利要求1所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述相似材料搭建系统还包括亚克力板。
5.根据权利要求1所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述整形系统包括砂子和整形器，整形器与长行程电动千斤顶连接。
6.根据权利要求1所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述测据系统包括激光测速仪、激光测距仪，所述激光测速仪与第一计算机连接，所述激光测距仪与第二计算机连接。
7.根据权利要求1所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述静载系统包括长行程电动千斤顶，所述整形系统上方布置有长行程电动千斤顶。
8.根据权利要求7所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述冲击系统包括落锤、导轨，所述平面应变试验台上方的两侧设置有导轨，所述导轨上设置有横梁，所述长行程电动千斤顶设置在横梁上，所述落锤的两侧通过滑动架与导轨滑动连接，所述落锤中部设置有圆柱孔，所述长行程电动千斤顶穿过所述圆柱孔。
9.根据权利要求1所述的一种模拟动载扰动下巷道围岩差异性破坏的冲击测试装置，其特征在于：所述电控提升系统包括强磁吸铁器与牵引线，所述强磁吸铁器与落锤磁性吸附连接，所述牵引线与强磁吸铁器连接，所述牵引线与牵引机构连接；所述落锤上方安装有弹簧式助推器，所述弹簧式助推器与第二计算机连接。
