矿大采矿岩石力学国际创新中心能给石头做CT
采矿岩石力学国际创新中心(IIC-MRM)是中国矿业大学(北京)力学与土木工程学院设立的科技创新交流平台。中心依托北京市卓越青年科学家项目、国家杰出青年科学基金等项目建设,实验室面积约480平米,现有岩石宏细微观力学精密测试仪器30余台/套,包括真三轴实验系统、带加载布鲁克纳米CT、带加载赛默飞SEM等,其中合作研发设备8台/套。
中心研究领域涵盖岩石、煤宏观及微细观力学、巷道损伤修复及支护、岩层移动与控制、矿井智能监测及防控等,初步形成从理论到工程的“采矿岩石多尺度力学与岩层控制”研究体系。
编辑:张春红
1.GCTS-RPS-1000真三轴
GCTS-RPS-1000真三轴系统专为研究中间主应力对岩石性能的影响及在复杂多轴压缩应力条件下描述岩石强度而设计。此系统通过六个液压作动器加载板,实现三轴独立的应力或应变控制,并支持单轴(ε2或ε3)加卸载操作。提供多种选配功能,如孔隙压力增强器用于饱和样品和进行渗透测试,P波和S波晶体用于测量各个主方向上的超声波速。能模拟多种应力或应变路径、岩石破裂强度以及动态振动等实验条件。设备分辨率0.01MPa,最大轴压2100kN,最大温度150℃,加载行程3.175mm,最大加载速度25mm/min,LVDT传感器量程10mm。
2.GCTS-RTR-1000多场耦合常规三轴
GCTS-RTR-1000岩石三轴测试系统专为岩石试样的常规三轴实验设计,通过其配套的数据采集包进行操作,能模拟测试原地条件下围岩及煤层岩芯样品在不同荷载、不同围压及不同温度环境等条件下的力学、声学及渗透变化规律,能实现现场大多数应力/应变路径测试、岩石强度分析测试等,适合于不同尺寸试样。设备分辨率0.01MPa,最大轴压1000kN,最大孔压140MPa,最大围压140MPa,最大温度150℃。
3.PAC Micro-ll Express 数字AE系统
Micro-ll Express声发射系统适用于岩石、混凝土在荷载作用下的损伤检测,工程边坡及滑坡体稳定性监测,以及岩石、混凝土试样拉、压、剪强度与声发射参数关系试验。设备最大通道为8通道,可扩展32通道,放大器有20/40//60 dB可选,传感器为Nano 30,传感频率200~300 kHz,外参数采样率为10M/s,外参数A/D采样率为16倍。
4.原位热力耦合SEM电镜测试
Thermo Scientific Apreo 2 SEM 可进行高分辨率成像,并扩展至岩石与材料的元素分析。凭借独特的实时元素成像功能,实时获取元素组分信息。该设备可在材料微观形貌观察的基础上,结合能谱和背散射衍射仪给出特定样品元素分布、含量的信息和晶体学信息,并可原位对样品进行热和力的加载,实现更全面的材料微纳观尺度分析。该设备分辨率在15kV下0.5nm (样品台减速)、1kV下0.9nm、500V下0.8nm (样品台减速)、200V下1.2nm (样品台减速),标配探测器有ETD、T1、T2、T3、IR-CCD、Nav-Cam+。
5.带加载布鲁克纳米CT
布鲁克SKYSCAN2214作为一台可广泛涵盖物体尺寸和空间分辨率的设备,为岩石/混凝土材料的三维成像和精确建模开创了可能。对于直径达300毫米以上的大型物体,可对内部微观结构进行扫描和三维无损重建;对于小尺寸样品,可达纳米级分辨率。该设备采用新一代开放型X光源,可达优于500纳米的实际空间分辨率,配备4个可现场升级的探测器,能扫描不同类型和尺寸的样品。该设备X射线源峰值能量20-160kV,电源功率最大13W,最大物体尺寸直径300mm(140mm扫描尺寸),长度400mm,物体最大重量为25kg。
6.MTS微力试验机
MTS微力试验机适用于多种材料如岩石、水泥混凝土、聚合物及金属的精细力学测试,可评估材料的轴心抗拉强度、抗弯强度和抗压强度等宏观力学性能,同时也能对特定材料(如岩石细颗粒样品、单丝纤维拔出测试或3D打印材料力学特性等)进行细致分析。该设备控制器采用MTS ICE Controller,最大测试速率2000mm/min,最小测试速率0.005mm/min,垂向测试空间1200mm,力传感器额定力值10kN,微力传感器额定力值50N。
7.i-SPEED727高速相机
i-SPEED727高速相机配备了320万像素CMOS传感器,提供完整的12位动态范围、优化的全局性能、动态像素控制及新型传感器驱动引擎,具备27.1 GPixels/s处理能力和出色的灵敏度(13.5微米像素尺寸)。这使得它们能够捕捉细微变化或高速移动物体的轨迹,适用于流体动力学、运动分析、数字图像相关(DIC)和PIV等应用。i-SPEED727还配备了电动机械快门、手持控制显示面板和视频监视器,支持远程控制与自动校准功能,极大地提升了操作灵活性和便捷性。该设备传感器类型为CMOS,快门类型为全局曝光,分辨率为2072 ×1536,像素大小为13.5μm,感光度为125,000,标准帧速率为225,000 fps,最大帧速率为245万 fps*。
8.VHX-7000 3D数码显微镜
VHX-7000 3D数码显微镜是一款融合了光学技术、光电转换技术和电子显示技术的高科技产品,配备高分辨率HR镜头、4K CMOS传感器以及专业照明系统,专为材料的二维测量、深度合成和三维展示设计。支持自动对焦、图像拼接及分屏显示拍摄等功能,能实现精确细致的样本分析与研究。观测平台倾斜角度左侧为60°,右侧为90°,Z轴方向移动量49mm,XY轴方向移动量±20mm,摄像机分辨率2048×1536,放大倍数20~2000倍,拍摄范围0.19~19.15mm。
9.HRW液压驱动煤层压裂泵
HRW液压驱动煤层压裂泵专为煤矿开采中提高煤层渗透和资源回收率设计,通过向煤层注入高压液体形成裂缝,从而增加气体或液体的流动性。该泵具备高效能液压系统,确保稳定高压输出,结构坚固耐用,适合恶劣地下环境使用,并且易于维护,具有多种安全保护机制,可有效提升煤炭开采效率和产量。
10.矿山流体力学二维实验装置
矿山流体力学二维实验装置是一种用于模拟和研究矿山中流体在二维空间内流动和力学行为的实验设备。其主要作用包括研究岩体或煤层的渗透特性、分析流体压力分布、模拟裂缝扩展、评估多相流相互作用,通过实验数据优化矿山开采方案,从而提高矿山安全和开采效率。
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