[发明专利]一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机

说明书

本发明公开了一种岩石试验用极脆岩石端面磨平机，包括底座、工作台机构、动作机构和夹持机构，工作台通过弹性件连接于底座上且由限位件限定下压高度，工作台上设有砂纸，动作机构利用曲柄滑块原理实现由电机转动转化为导杆的直线反复运动，夹持机构连接于导杆上以用于夹持岩样，岩样在动作机构带动下底端于砂纸上做往复运动，从而实现打磨。本发明的磨平机实现了岩样与砂纸的稳定接触以及自动化打磨，能够满足岩石力学试验对于极脆性岩样制备的要求，减少岩样断面边缘崩坏的几率，摒弃以往靠人工手持操作制备极脆性岩石的传统形式。结构简单、适用方便、便于推广到室内岩石力学试验岩样制备领域。

技术领域

本发明涉及岩石力学试验技术领域，具体涉及一种适用于极脆性岩石(如煤岩等)试样的端面磨平机。

背景技术

地球表面由一层厚约60～120公里的岩石覆盖，岩石作为地壳分布最为广泛的天然材料，与土木、采矿、水利等工程领域息息相关。当今世界一些权威学者提出：21世纪是地下空间开发利用的世纪。随着城市规模的不断扩大，土地、水等稀缺资源日益紧张，向地下要空间已经成为推动城市可持续发展、建设具有高防灾减灾水平、构建资源节约型、环境友好型社会和城市的重要举措。水利枢纽、隧道开挖、地下管廊建设、采矿巷道、地铁修建等工程建设都离不开对岩石材料的研究，对于岩石在各种复杂工况条件下的力学性质和破坏特性，要求人们深入研究岩石加载过程中的破坏机理以及破坏过程中的强度及变形特性的影响，从而更好地指导实际工程建设。

目前，对于岩石的研究主要有岩石力学试验、解析解以及数值模拟等方法，其中岩石力学试验能够通过试验方案的设计模拟较多复杂条件下的工况，从而得到岩石材料在不同工况下的基本性质以及变化规律，并且能够直观地看出岩石的破坏形式，从而及时对工程建设进行防护处理。

由于物质成分、矿物结构、成因以及演化过程的不同，使得岩石材料的物理性质存在很大的差异，岩石的非均质性和各向异性决定了不同种类的岩石材料具有不同的性质，相同种类的岩石材料同样具有较大的差异。在岩石力学试验过程中，岩样制备往往经过钻取岩芯、岩样切割和端面磨平三个步骤完成，其中岩石试样的端面磨平在绝大多数情况下使用的是岩石双端面磨平机，少数使用打磨机床，但是两者均适用于质地较硬的岩石，却不适用于极脆性岩石，原因在于两者均使用到高速旋转的磨轮，岩样安装固定在工作台上，磨轮高速旋转后工作台再开始作自动往复运动，每个往复运动磨轮都有一定的进给量，从而实现对岩样双端面的磨平，但是对于极脆性岩石(如煤岩)来说，当高速旋转的磨轮在进给过程中刚开始接触岩样的瞬间很容易让岩样端面边缘崩坏，致使极脆性岩石试样采用双端面磨平机磨平的成功概率不超过30％。因此，对于如煤岩类极脆岩石试样，一般磨平的方法是人工手持岩样在砂纸上打磨，目的是先让岩样与砂纸接触之后再进行打磨，这样能够减小岩样端面边缘崩坏的几率，但是却带来了几个显著问题：(1)人工手持操作增加了劳动量；(2)手持操作也会出现由于人工操作不稳定而造成的岩样破损情况；(3)手持操作容易造成双端面误差，从而很难完全符合国际岩石力学学会(ISRM)对于岩样两端面不平整度小于0.05mm的要求。基于以上问题给极脆性岩样制备带来了较大的难度，以往常规岩石双端面磨平机和打磨机床难以实现。

目前，岩石试验用岩样磨平方面的相关专利有：

CN201620464433.7公开了一种双面磨平机，采用前后双组磨轮，即前后排布的金刚磨轮、树脂磨轮，对岩石试样粗磨、精磨。

CN201310079221.8公开了一种夹具尺寸可调式岩石打磨机，通过调节夹具尺寸来得到不同截面尺寸和长度的试验试件。

CN201110054418.7公开了一种防碎裂型岩石试样切磨装置及切磨工艺，将岩石的切割与打磨结合在一起。

CN201110204054.6公开了一种岩体试样的制备方法，其中采用磨平钻头对钻孔孔壁及孔底进行磨平处理。