王巍

煤礦用高分子加固材料拉伸強(qiáng)度測量不確定度評(píng)定

王巍

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400037；國家煤礦防塵通風(fēng)安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 400037）

煤礦用高分子加固材料拉伸強(qiáng)度是反映材料力學(xué)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。對(duì)煤礦用高分子加固材料拉伸強(qiáng)度試驗(yàn)的測量不確定度的來源進(jìn)行了分析，通過建立數(shù)學(xué)模型和重復(fù)性試驗(yàn)評(píng)定了材料拉伸強(qiáng)度的測量不確定度。結(jié)果表明，材料拉伸強(qiáng)度的測量結(jié)果為（14.2±0.1）MPa，包含因子=2。

高分子加固材料；拉伸強(qiáng)度；測量不確定度；示值誤差

1 引言

21世紀(jì)初，隨著中國高分子注漿材料的研發(fā)應(yīng)用以及國外注漿材料生產(chǎn)技術(shù)的引進(jìn)，高分子注漿材料的加固、充填、堵漏、封孔技術(shù)在煤礦井下得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品使用量由最初每年幾千噸增加到現(xiàn)在的10萬噸以上，其中煤礦用高分子加固材料每年的使用量達(dá)2～7萬噸。煤礦用高分子加固材料在采掘工作面煤壁片幫冒頂超前處理，巷道破碎頂板及幫壁加固，破碎帶、陷落柱的超前加固等方面具有較好的使用效果，其拉伸強(qiáng)度是反應(yīng)材料力學(xué)性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[1]。本文根據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評(píng)定與表示》和AQ 1089—2011《煤礦加固煤巖體用高分子材 料》的基本要求[2-3]，以一種高分子加固材料樣品為例，分析影響實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)因素，對(duì)其拉伸強(qiáng)度的測量不確定度進(jìn)行評(píng)定。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器設(shè)備

儀器設(shè)備主要為CCS-44100電子萬能試驗(yàn)機(jī)（長春試驗(yàn)機(jī)研究所），游標(biāo)卡尺（成都量具刃具廠）。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)試樣的尺寸如圖1所示。

圖1 拉伸強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸圖（單位：mm）

按照標(biāo)準(zhǔn)要求，試樣在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，溫度（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%。

測定拉伸強(qiáng)度時(shí)，試樣以10 mm/min的速度拉伸至樣品斷裂，讀取試樣斷裂時(shí)的最大負(fù)荷，以實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值 表示。

3 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)拉伸強(qiáng)度的定義建立數(shù)學(xué)模型：

式（1）中：為拉伸強(qiáng)度，MPa；為最大負(fù)荷，N；為試樣原始橫截面積，mm2；為試樣直徑，mm。

4 測定不確定度來源

在測定拉伸強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)過程中，引入不確定度的來源包括：拉力機(jī)重復(fù)測試帶來的不確定度、尺寸測量過程中帶來的不確定度、拉力機(jī)校準(zhǔn)的不確定度、其他因素。

因選取試樣材質(zhì)對(duì)溫濕度不敏感，在同一環(huán)境條件下測試?yán)鞆?qiáng)度，所以不考慮溫度和濕度因素所引起的不確定度分量。實(shí)驗(yàn)由同一人員操作完成，所以人員差異可以忽略。上述的影響因素中，試樣的重復(fù)測量屬于A類不確定度評(píng)定，其他影響因素屬于B類不確定度評(píng)定。以上因素互不關(guān)聯(lián)，根據(jù)不確定度傳播公式得：

式（2）中：（）為拉伸強(qiáng)度的合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度；（）為重復(fù)性測量引入的相對(duì)不確定度；（）為測量最大負(fù)荷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度；（）為測量直徑的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

5 不確定度的評(píng)定

5.1 測量不確定度A類評(píng)定

實(shí)驗(yàn)中，對(duì)10個(gè)固結(jié)體試樣的直徑及拉伸強(qiáng)度進(jìn)行了測量，并按照數(shù)學(xué)模型計(jì)算出拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)值，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 材料拉伸強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試樣編號(hào)直徑D/mm最大負(fù)荷Fb/N拉伸強(qiáng)度σ/MPa 124.946 926.314.2 224.987 078.014.4 324.986 814.213.9 424.966 849.714.0 525.006 978.814.2 624.946 905.514.1 724.987 001.314.3 824.967 033.614.4 924.946 889.214.1 1024.986 791.513.9

5.2 測量不確定度B類評(píng)定

5.2.1 最大負(fù)荷測量的相對(duì)不確定度

5.2.2 直徑測量的相對(duì)不確定度

6 合成相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

7 結(jié)論

煤礦用高分子加固材料拉伸強(qiáng)度的測量結(jié)果為（14.2±0.1）MPa，包含因子=2。在溫度、濕度和其他條件不變的情況下，材料拉伸強(qiáng)度測定的不確定度主要來自于試樣的重復(fù)性測量、尺寸測量和試驗(yàn)機(jī)的示值誤差。因此在實(shí)驗(yàn)室測量分析中應(yīng)提高游標(biāo)卡尺的精度和試驗(yàn)機(jī)的穩(wěn)定性，選擇合適的測量設(shè)備同時(shí)應(yīng)選擇熟練的測量人員，最大限度地穩(wěn)定測量系統(tǒng)。

［1］王巍.《煤礦加固煤巖體用高分子材料》檢驗(yàn)中的疑點(diǎn)探討［J］.標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2019（7）：103-106，112.

［2］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院，中國計(jì)量科學(xué)研究院，等.JTF 1059.1—2012 測量不確定度評(píng)定與表示［S］.北京：中國計(jì)量出版社，2012.

［3］濟(jì)寧浩珂礦業(yè)工程設(shè)備有限公司，中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)生產(chǎn)力促進(jìn)中心，中國礦業(yè)大學(xué)，等.AQ 1089—2011 煤礦加固煤巖體用高分子材料［S］.北京：煤炭工業(yè)出版社，2011.

2095－6835（2020）10－0036－02

TB9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.014

王巍（1986—），男，碩士，工程師，主要從事礦用非金屬制品安全性檢測技術(shù)研究。

〔編輯：張思楠〕