煤礦用高分子加固材料拉伸強度測量不確定度評定

王巍

煤礦用高分子加固材料拉伸強度測量不確定度評定

王巍

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

煤礦用高分子加固材料拉伸強度是反映材料力學性能優(yōu)劣的重要指標之一。對煤礦用高分子加固材料拉伸強度試驗的測量不確定度的來源進行了分析，通過建立數(shù)學模型和重復性試驗評定了材料拉伸強度的測量不確定度。結(jié)果表明，材料拉伸強度的測量結(jié)果為（14.2±0.1）MPa，包含因子=2。

高分子加固材料；拉伸強度；測量不確定度；示值誤差

1 引言

21世紀初，隨著中國高分子注漿材料的研發(fā)應用以及國外注漿材料生產(chǎn)技術(shù)的引進，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，其拉伸強度是反應材料力學性能優(yōu)劣的重要指標之一[1]。本文根據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》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，分析影響實驗的各項因素，對其拉伸強度的測量不確定度進行評定。

2 實驗部分

2.1 儀器設備

儀器設備主要為CCS-44100電子萬能試驗機（長春試驗機研究所），游標卡尺（成都量具刃具廠）。

2.2 實驗方法

標準試樣的尺寸如圖1所示。

圖1 拉伸強度標準試樣尺寸圖（單位：mm）

按照標準要求，試樣在恒溫恒濕實驗室進行，溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%。

測定拉伸強度時，試樣以10 mm/min的速度拉伸至樣品斷裂，讀取試樣斷裂時的最大負荷，以實驗結(jié)果的平均值 表示。

3 數(shù)學模型

根據(jù)拉伸強度的定義建立數(shù)學模型：

式（1）中：為拉伸強度，MPa；為最大負荷，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

在測定拉伸強度的實驗過程中，引入不確定度的來源包括：拉力機重復測試帶來的不確定度、尺寸測量過程中帶來的不確定度、拉力機校準的不確定度、其他因素。

因選取試樣材質(zhì)對溫濕度不敏感，在同一環(huán)境條件下測試拉伸強度，所以不考慮溫度和濕度因素所引起的不確定度分量。實驗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，試樣的重復測量屬于A類不確定度評定，其他影響因素屬于B類不確定度評定。以上因素互不關聯(lián)，根據(jù)不確定度傳播公式得：

式（2）中：（）為拉伸強度的合成相對標準不確定度；（）為重復性測量引入的相對不確定度；（）為測量最大負荷的相對標準不確定度；（）為測量直徑的相對標準不確定度。

5 不確定度的評定

5.1 測量不確定度A類評定

實驗中，對10個固結(jié)體試樣的直徑及拉伸強度進行了測量，并按照數(shù)學模型計算出拉伸強度實驗值，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 材料拉伸強度實驗結(jié)果

試樣編號直徑D/mm最大負荷Fb/N拉伸強度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類評定

5.2.1 最大負荷測量的相對不確定度

5.2.2 直徑測量的相對不確定度

6 合成相對標準不確定度

7 結(jié)論

煤礦用高分子加固材料拉伸強度的測量結(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，材料拉伸強度測定的不確定度主要來自于試樣的重復性測量、尺寸測量和試驗機的示值誤差。因此在實驗室測量分析中應提高游標卡尺的精度和試驗機的穩(wěn)定性，選擇合適的測量設備同時應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》檢驗中的疑點探討［J］.標準科學，2019（7）：103-106，112.

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

［3］濟寧浩珂礦業(yè)工程設備有限公司，中國煤炭工業(yè)協(xié)會生產(chǎn)力促進中心，中國礦業(yè)大學，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〕