煤矿用高分子加固材料拉伸强度测量不确定度评定

王巍

煤矿用高分子加固材料拉伸强度测量不确定度评定

王巍

（中煤科工集团重庆研究院有限公司，重庆 400037；国家煤矿防尘通风安全产品质量监督检验中心，重庆 400037）

煤矿用高分子加固材料拉伸强度是反映材料力学性能优劣的重要指标之一。对煤矿用高分子加固材料拉伸强度试验的测量不确定度的来源进行了分析，通过建立数学模型和重复性试验评定了材料拉伸强度的测量不确定度。结果表明，材料拉伸强度的测量结果为（14.2±0.1）MPa，包含因子=2。

高分子加固材料；拉伸强度；测量不确定度；示值误差

1 引言

21世纪初，随着中国高分子注浆材料的研发应用以及国外注浆材料生产技术的引进，高分子注浆材料的加固、充填、堵漏、封孔技术在煤矿井下得到广泛应用，产品使用量由最初每年几千吨增加到现在的10万吨以上，其中煤矿用高分子加固材料每年的使用量达2～7万吨。煤矿用高分子加固材料在采掘工作面煤壁片帮冒顶超前处理，巷道破碎顶板及帮壁加固，破碎带、陷落柱的超前加固等方面具有较好的使用效果，其拉伸强度是反应材料力学性能优劣的重要指标之一[1]。本文根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》和AQ 1089—2011《煤矿加固煤岩体用高分子材 料》的基本要求[2-3]，以一种高分子加固材料样品为例，分析影响实验的各项因素，对其拉伸强度的测量不确定度进行评定。

2 实验部分

2.1 仪器设备

仪器设备主要为CCS-44100电子万能试验机（长春试验机研究所），游标卡尺（成都量具刃具厂）。

2.2 实验方法

标准试样的尺寸如图1所示。

图1 拉伸强度标准试样尺寸图（单位：mm）

按照标准要求，试样在恒温恒湿实验室进行，温度（23±2）℃，相对湿度（50±5）%。

测定拉伸强度时，试样以10 mm/min的速度拉伸至样品断裂，读取试样断裂时的最大负荷，以实验结果的平均值 表示。

3 数学模型

根据拉伸强度的定义建立数学模型：

式（1）中：为拉伸强度，MPa；为最大负荷，N；为试样原始横截面积，mm2；为试样直径，mm。

4 测定不确定度来源

在测定拉伸强度的实验过程中，引入不确定度的来源包括：拉力机重复测试带来的不确定度、尺寸测量过程中带来的不确定度、拉力机校准的不确定度、其他因素。

因选取试样材质对温湿度不敏感，在同一环境条件下测试拉伸强度，所以不考虑温度和湿度因素所引起的不确定度分量。实验由同一人员操作完成，所以人员差异可以忽略。上述的影响因素中，试样的重复测量属于A类不确定度评定，其他影响因素属于B类不确定度评定。以上因素互不关联，根据不确定度传播公式得：

式（2）中：（）为拉伸强度的合成相对标准不确定度；（）为重复性测量引入的相对不确定度；（）为测量最大负荷的相对标准不确定度；（）为测量直径的相对标准不确定度。

5 不确定度的评定

5.1 测量不确定度A类评定

实验中，对10个固结体试样的直径及拉伸强度进行了测量，并按照数学模型计算出拉伸强度实验值，数据如表1所示。

表1 材料拉伸强度实验结果

试样编号直径D/mm最大负荷Fb/N拉伸强度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 测量不确定度B类评定

5.2.1 最大负荷测量的相对不确定度

5.2.2 直径测量的相对不确定度

6 合成相对标准不确定度

7 结论

煤矿用高分子加固材料拉伸强度的测量结果为（14.2±0.1）MPa，包含因子=2。在温度、湿度和其他条件不变的情况下，材料拉伸强度测定的不确定度主要来自于试样的重复性测量、尺寸测量和试验机的示值误差。因此在实验室测量分析中应提高游标卡尺的精度和试验机的稳定性，选择合适的测量设备同时应选择熟练的测量人员，最大限度地稳定测量系统。

［1］王巍.《煤矿加固煤岩体用高分子材料》检验中的疑点探讨［J］.标准科学，2019（7）：103-106，112.

［2］国家质量技术监督局，江苏省计量科学研究院，中国计量科学研究院，等.JTF 1059.1—2012 测量不确定度评定与表示［S］.北京：中国计量出版社，2012.

［3］济宁浩珂矿业工程设备有限公司，中国煤炭工业协会生产力促进中心，中国矿业大学，等.AQ 1089—2011 煤矿加固煤岩体用高分子材料［S］.北京：煤炭工业出版社，2011.

2095－6835（2020）10－0036－02

TB9

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.10.014

王巍（1986—），男，硕士，工程师，主要从事矿用非金属制品安全性检测技术研究。

〔编辑：张思楠〕