專利名稱：相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種測量或測試力、應(yīng)力及位移的儀器，特別是涉及一種用于實(shí)驗(yàn)室的利用相似材料模擬監(jiān)測煤層開挖時(shí)支架受載及位移變化的試驗(yàn)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在煤層開挖時(shí)，常用支架支撐煤層頂?shù)装澹员闾峁┌踩夭煽臻g，而支架能否適應(yīng)該地質(zhì)條件，則成為工作面能否安全回采的關(guān)鍵。為了采用相似原理模擬實(shí)際支架的受載情況，有一種用于實(shí)驗(yàn)室的傳統(tǒng)的相似材料模擬試驗(yàn)支架，根據(jù)模擬試驗(yàn)的結(jié)果對支架的適應(yīng)性和選型進(jìn)行判斷。如申請?zhí)枮?0226585. O、公開號為CN243074
公開日為2001年5月16日的中國實(shí)用新型專利，公開了一種相似材料立體模擬實(shí)驗(yàn)支架，不過由此支架構(gòu)成的試驗(yàn)系統(tǒng)，其測得的壓力值是支架固定時(shí)的定值，不能全面的反映支架與圍巖的相互作用過程，因?yàn)閷?shí)際的支架在受載時(shí)會產(chǎn)生位移，而該實(shí)驗(yàn)支架是固定而不活動(dòng)的，該試驗(yàn)系統(tǒng)不能連續(xù)的獲得支架與圍巖相互作用時(shí)支架的實(shí)時(shí)壓力與位移，所以不便于對支架的適應(yīng)性和選型提供可靠的參考。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種可獲得支架與圍巖相互作用時(shí)支架的實(shí)時(shí)壓力與位移的相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模型支架，其中所述模型支架上固定有至少一根向下伸出的活柱，所述活柱的下端設(shè)有活塞，還包括對應(yīng)所述活柱數(shù)量的立柱，所述活塞對應(yīng)密封滑動(dòng)連接在所述立柱內(nèi)，所述立柱內(nèi)部彼此連通構(gòu)成液體容腔，所述液體容腔內(nèi)設(shè)有液體；還包括第一量筒和第二量筒，第一量筒和第二量筒的高度均高于所述活塞，所述第一量筒和第二量筒之間在側(cè)壁連通有連接管，所述連接管連通第一量筒的一端高出另一端；所述第一量筒的下端通過軟管與所述液體容腔連通；還包括第一射頻電容式液位變送器和第二射頻電容式液位變送器，第一射頻電容式液位變送器的電極豎直設(shè)置在所述第一量筒內(nèi)，第二射頻電容式液位變送器的電極豎直設(shè)置在所述第二量筒內(nèi)，所述第一射頻電容式液位變送器和第二射頻電容式液位變送器通過信號傳輸電纜電連接至計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其中所述活柱的根數(shù)為兩根。本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)中模型支架不是固定不動(dòng)的，模型支架通過活柱推動(dòng)活塞擠壓液體容腔內(nèi)的液體，通過液位的高度可以反映模型支架的受載壓力及位移，通過射頻電容式液位變送器可以測量得到相應(yīng)的液位高度，這樣就可以根據(jù)相似原理實(shí)時(shí)得出實(shí)際支架的受載及位移曲線，為實(shí)際支架的適應(yīng)性和選型判斷提供參考。為了模擬支架的額定工作阻力，采用兩個(gè)量筒，之間用連接管連接，當(dāng)液位達(dá)到連接管位置時(shí)，液體溢出，用來模擬支架的受載壓力達(dá)到額定工作阻力之后將不再升高。射頻電容式液位變送器為現(xiàn)有技術(shù)中已較成熟的技術(shù)，可以直接將液位數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)中活柱的根數(shù)為兩根時(shí)，相比只采用一根活柱和立柱，支撐的穩(wěn)定性要好，相比三根或以上根數(shù)的活柱，結(jié)構(gòu)要簡單。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)作進(jìn)一步說明。

圖1為本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)第一個(gè)實(shí)施例的正視圖；圖2為本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)第一個(gè)實(shí)施例的使用狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示的本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)第一個(gè)實(shí)施例，包括模型支架1，模型支架I的具體結(jié)構(gòu)與待選型的真實(shí)支架的結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，在此不再贅述，模型支架I上固定有兩根向下伸出的活柱2，活柱2的下端設(shè)有活塞21，還包括對應(yīng)活柱2數(shù)量的立柱3，活塞21對應(yīng)密封滑動(dòng)連接在立柱3內(nèi)，立柱3內(nèi)部彼此連通構(gòu)成液體容腔4，液體容腔4內(nèi)設(shè)有液體，這樣模型支架I向下移動(dòng)時(shí)，會擠壓液體容腔4內(nèi)的液體；還包括第一量筒5和第二量筒6，第一量筒5和第二量筒6的高度均高于活塞21，第一量筒5和第二量筒6之間在側(cè)壁連通有連接管7，連接管7連通第一量筒5的一端高出另一端；第一量筒5的下端通過軟管41與液體容腔4連通；還包括第一射頻電容式液位變送器8和第二射頻電容式液位變送器9,第一射頻電容式液位變送器8的電極81豎直設(shè)置在第一量筒5內(nèi)，第二射頻電容式液位變送器9的電極91豎直設(shè)置在第二量筒6內(nèi)，第一射頻電容式液位變送器8和第二射頻電容式液位變送器9通過信號傳輸電纜11電連接至計(jì)算機(jī)10。這樣，第一量筒5內(nèi)液體的液位達(dá)到連接管7的位置后，將從連接管7流入第二量筒6，第一射頻電容式液位變送器8用于測量第一量筒5內(nèi)的液位，第二射頻電容式液位變送器9用于測量第二量筒6內(nèi)的液位。如圖2所示，使用時(shí)，開挖模型切眼模擬實(shí)際的煤層開采，將模型支架I放入，由于第一量筒5和第二量筒6的高度高于活塞21的高度，活塞21處將承受該高度差造成的液壓，此液壓可以用來平衡支架承受的壓力。調(diào)整液體的總量，使第一量筒5內(nèi)的液位處于刻度線A位置，此時(shí)，刻度線A用于模擬支架的初撐力。連接管7與第一量筒5的連接口處的刻度線B模擬支架的額定工作阻力，即表示當(dāng)模型支架I受載下縮使液體從第一量筒5內(nèi)溢出至連接管7時(shí)，模型支架I承受的壓力將不再升高。為了模擬現(xiàn)場實(shí)際開挖的時(shí)間和尺寸效應(yīng)，每刀煤開挖時(shí)間和進(jìn)尺嚴(yán)格遵循現(xiàn)場實(shí)際工序，割煤、降架、移架、升架，此時(shí)支架上部巖層變化會以壓力的形式傳遞給支架，支架會通過位移反映出來，從而擠壓液體容腔4。這樣，模型支架I承受的壓力將可以通過模型支架I的尺寸、液體的密度、第一量筒5內(nèi)的液位、第一量筒5相對于活塞21的高度計(jì)算得到。由于液體受擠壓時(shí)總體積不變，在模型支架I的承受壓力未達(dá)到額定工作阻力時(shí)，模型支架I的位移可以通過第一量筒5內(nèi)的液位、第一量筒5的內(nèi)壁橫截面積和活塞21的尺寸計(jì)算得到，當(dāng)模型支架I的承受壓力達(dá)到額定工作阻力后，模型支架I的位移可以繼續(xù)通過第二量筒6內(nèi)的液位、第二量筒6的內(nèi)壁橫截面積和活塞21的尺寸計(jì)算得到。所以伴隨模型支架I的承載并下移，第一射頻電容式液位變送器8和第二射頻電容式液位變送器9均可以實(shí)時(shí)獲得液位數(shù)據(jù)，傳送給計(jì)算機(jī)顯示和處理。在開挖下一步時(shí)，支架要先降架后移動(dòng)，移動(dòng)完畢后，把第二量筒6內(nèi)的液體倒回第一量筒5內(nèi)，使第一量筒5內(nèi)的液位保持在刻度線A位置，使支架I恢復(fù)到初撐狀態(tài)。根據(jù)簡單的力學(xué)理論，即可計(jì)算得知模型支架I的受載與位移隨時(shí)間變化的曲線，利用相似原理，可以計(jì)算出實(shí)際支架的實(shí)時(shí)受載壓力和位移值，從而為對實(shí)際支架的適應(yīng)性和選型提供參考。相似原理的計(jì)算過程在各力學(xué)相關(guān)教科書中皆有說明，為一般從事力學(xué)研究的技術(shù)人員所知曉，在此不再贅述。本實(shí)施例中，活柱2的根數(shù)還可以為一根、三根或以上。以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模型支架(I)，其特征在于所述模型支架(I)上固定有至少一根向下伸出的活柱(2)，所述活柱(2)的下端設(shè)有活塞(21)，還包括對應(yīng)所述活柱(2 )數(shù)量的立柱(3 )，所述活塞(21)對應(yīng)密封滑動(dòng)連接在所述立柱(3 )內(nèi)，所述立柱(3 ) 內(nèi)部彼此連通構(gòu)成液體容腔(4)，所述液體容腔(4)內(nèi)設(shè)有液體；還包括第一量筒(5)和第二量筒(6)，第一量筒(5)和第二量筒(6)的高度均高于所述活塞(21)，所述第一量筒(5)和第二量筒(6)之間在側(cè)壁連通有連接管(7)，所述連接管(7) 連通第一量筒(5)的一端高出另一端；所述第一量筒(5)的下端通過軟管(41)與所述液體容腔(4)連通；還包括第一射頻電容式液位變送器(8)和第二射頻電容式液位變送器(9)，第一射頻電容式液位變送器(8)的電極(81)豎直設(shè)置在所述第一量筒(5)內(nèi)，第二射頻電容式液位變送器(9)的電極(91)豎直設(shè)置在所述第二量筒(6)內(nèi)，所述第一射頻電容式液位變送器 (8 )和第二射頻電容式液位變送器(9 )通過信號傳輸電纜(11)電連接至計(jì)算機(jī)(10 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于所述活柱(2)的根數(shù)為兩根。
專利摘要本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)涉及一種測量或測試力、應(yīng)力及位移的儀器，特別是涉及一種用于實(shí)驗(yàn)室的利用相似材料模擬監(jiān)測煤層開挖時(shí)支架受載及位移變化的試驗(yàn)系統(tǒng)。其目的是為了提供一種可獲得支架與圍巖相互作用時(shí)支架的實(shí)時(shí)壓力與位移的相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)。本實(shí)用新型相似材料模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，包括模型支架(1)、至少一根活柱(2)、活塞(21)、立柱(3)，立柱(3)內(nèi)部彼此連通構(gòu)成液體容腔(4)，液體容腔內(nèi)設(shè)有液體；還包括第一量筒(5)和第二量筒(6)，第一量筒和第二量筒的高度均高于活塞，第一量筒和第二量筒之間在側(cè)壁連通有連接管(7)；第一量筒的下端通過軟管(41)與液體容腔(4)連通；還包括分別用于測量兩量筒內(nèi)液位的兩個(gè)射頻電容式液位變送器(8)和(9)。
文檔編號G01L1/02GK202853914SQ201220509719
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者徐乃忠, 涂敏, 彭永貴, 韓磊, 張迎貴, 吳志堅(jiān) 申請人:安徽理工大學(xué)