一種用于測試沿空留巷穩(wěn)定性的實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及相似材料模擬實驗裝置領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種用于測試沿空留巷穩(wěn) 定性的實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤礦采場空間幾何尺寸一般為數(shù)百米或近千米，而傳統(tǒng)實驗裝置幾何尺寸有限， 試驗所取的幾何相似比一般較大，例如當幾何相似比為1:100時，寬度為2. 5m的充填墻體 在實驗?zāi)Ｐ椭袃H為2. 5cm，與普通的應(yīng)力傳感器尺寸相近，因而存在尺寸效應(yīng)，不能精確的 對巷旁充填墻所承受的應(yīng)力進行測量，也不利于對巷旁充填墻體和巷道底板的位移和變形 進行監(jiān)測。因此，現(xiàn)有技術(shù)有待于更進一步的改進和發(fā)展。
[0003] 本專利是在已知煤礦采場結(jié)構(gòu)力學模型基本參數(shù)的情況下，對沿空留巷巷旁充填 體的穩(wěn)定性、留巷區(qū)域底板巖層的應(yīng)力和位移及其穩(wěn)定性進行研究的實驗方法及裝置。
[0004] 在已知"沿空留巷巷旁充填體所承受的載荷是由采場結(jié)構(gòu)力學模型參數(shù)所確定的 裂斷拱內(nèi)傳遞巖梁總厚度及其裂斷步距所共同決定的"基礎(chǔ)上，采用相似材料模擬底板巖 層和煤層，采用鋼梁結(jié)構(gòu)模擬最下位的老頂巖梁，并采用大位移的液壓油缸系統(tǒng)在鋼梁上 施加連續(xù)恒定的重力，模擬采場上覆巖層裂斷拱內(nèi)各巖梁施加在巷旁充填體上的載荷。由 于本實用新型主要研究的是巷旁充填體及留巷區(qū)域的底板穩(wěn)定性，因此，可W實現(xiàn)較小比 例尺的模擬，不僅節(jié)省了實驗材料，更重要的是可W將巷旁充填體及所留巷道的模型尺寸 放大，可W對巷旁充填體及底板巖石的位移及破壞過程進行細致的監(jiān)測，避免了現(xiàn)有的模 擬系統(tǒng)由于模擬比例尺太大、巷旁充填體模型尺寸太小而造成的變形不易監(jiān)測等問題。由 于加載系統(tǒng)僅需要模擬裂斷拱內(nèi)各巖梁施加在巷旁充填體上的載荷，因此，加載系統(tǒng)簡單， 容易實施。 【實用新型內(nèi)容】
[0005] 鑒于傳統(tǒng)相似材料模擬實驗裝置對沿空留巷模擬存在較大困難，本實用新型提供 的一種用于模擬沿空留巷巷旁充填體受力情況下，充填墻體及底板穩(wěn)定性的實驗裝置及測 試方法，在實驗裝置幾何尺寸的限定下，大幅度提高對墻體測試的精確度，減少相似材料模 型鋪設(shè)厚度。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型方案包括：
[0007] 一種用于測試沿空留巷穩(wěn)定性的實驗裝置，其包括用于填充模擬材料的實驗架， 其中，實驗架上部設(shè)置頂部鋼梁，下部設(shè)置有底部槽鋼，頂部鋼梁下方的實驗架設(shè)置有固定 梁，固定梁的一端較接有一加壓梁，加壓梁的另一端設(shè)置有加壓機構(gòu)，加壓機構(gòu)用于根據(jù)斷 裂拱內(nèi)的巖梁斷裂后對充填墻體的作用力對加壓梁施加壓力。
[000引所述的實驗裝置中的加壓機構(gòu)，其特征在于，上述加壓機構(gòu)包括支柱，支柱上較接 有一加壓杠桿，加壓杠桿一端設(shè)置有加載重物，加壓杠桿另一端較接有一連桿，連桿的另一 端設(shè)置有推動活塞，推動活塞設(shè)置在一液壓管內(nèi)，液壓管的水平部通過固定塊固定在頂部 鋼梁上，液壓管的末端內(nèi)設(shè)置有加壓活塞，加壓活塞的下端設(shè)置有壓頭，壓頭與加壓梁相接 觸。
[0009] 所述的實驗裝置，其中，上述液壓管內(nèi)填充有液壓油，液壓管上設(shè)置有壓力計。
[0010] 所述的實驗裝置，其中，實驗架包括左側(cè)板、右側(cè)板、前側(cè)板與后側(cè)板，左側(cè)板與右 側(cè)板上均勻布置有多個定位孔，固定梁能在左側(cè)板或右側(cè)板的任一高度固定，前側(cè)板由鋼 化玻璃制成兼作觀察窗口，前側(cè)板、后側(cè)板固定在左側(cè)板、右側(cè)板的對應(yīng)處。
[0011] 所述的實驗裝置，其中，按照比例在實驗架內(nèi)鋪設(shè)底板，固定梁、加壓梁形成的平 面與底板之間填充有煤層，煤層的一側(cè)設(shè)置有充填墻體，充填墻體與煤層之間形成巷道，充 填墻體的另一側(cè)為桿石冒落區(qū)。
【附圖說明】
[0012] 圖1是本實用新型中實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 本實用新型提供了一種用于測試沿空留巷穩(wěn)定性的實驗裝置，為使本實用新型的 目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，W下對本實用新型進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處 所描述的具體實施例僅僅用W解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0014] 本實用新型提供了一種用于測試沿空留巷穩(wěn)定性的實驗裝置及測試方法，如圖1 所示的，其包括用于填充模擬材料的實驗架，實驗架上設(shè)置有支撐柱1，W增強實驗架的穩(wěn) 定性，實驗架上部設(shè)置頂部鋼梁2,下部設(shè)置有底部槽鋼3,頂部鋼梁2下方的實驗架設(shè)置有 固定梁4,固定梁4的一端較接有一加壓梁5,加壓梁5的另一端設(shè)置有加壓機構(gòu)，加壓機構(gòu) 用于根據(jù)實驗架內(nèi)填充模擬材料的應(yīng)力數(shù)值對加壓梁5施加壓力，直接將作用力施加在對 應(yīng)模擬材料上。
[0015] 在本實用新型的另一較佳實施例中，上述加壓機構(gòu)包括支柱6,支柱6上較接有一 加壓杠桿7,加壓杠桿7 -端設(shè)置有加載重物8,加載重物8還可W采用壓力器、液壓設(shè)備代 替，加壓杠桿7另一端較接有一連桿9,連桿9的另一端設(shè)置有推動活塞10,推動活塞10設(shè) 置在一液壓管11內(nèi)，液壓管11 一般采用剛性的液壓管，進而增加其強度。液壓管11的水 平部通過固定塊12設(shè)置在頂部鋼梁2上，液壓管11的末端內(nèi)設(shè)置有加壓活塞13,加壓活塞 13的下端設(shè)置有壓頭14,壓頭14與加壓梁5相接觸，液壓管11的長度可W根據(jù)需要進行 調(diào)整。
[0016] 更進一步的，上述液壓管11內(nèi)填充有液壓油，液壓管11上設(shè)置有壓力計15。
[0017] 并且實驗架包括左側(cè)板16、右側(cè)板17、前側(cè)板與后側(cè)板，左側(cè)板16與右側(cè)板17上 均勻布置有多個定位孔18,可W通過定位孔18來確定固定梁4在左側(cè)板16上的高度，也就 是說固定梁4能在左側(cè)板16或右側(cè)板17的任一高度固定，前側(cè)板由鋼化玻璃制成兼作觀 察窗口，在加壓梁5向模擬材料加壓時可W清楚的觀測到模擬材料的變化狀態(tài)，前側(cè)板、后 側(cè)板固定在左側(cè)板16、右側(cè)板17的對應(yīng)處。
[0018] 更進一步的，按照比例在實驗架內(nèi)設(shè)置有底板19,固定梁4、加壓梁5形成的平面 與底板19之間填充有煤層23,煤層23的一側(cè)設(shè)置有充填墻體20,充填墻體20與煤層23 之間形成巷道21，充填墻體20的另一側(cè)為桿石冒落區(qū)22,可W通過加壓杠桿7直接將作用 力施加在充填墻體20上，煤層23、充填墻體20與桿石冒落區(qū)22 -起形成充填體。
[0019] 為了更進一步描述本實用新型的技術(shù)方案，本實用新型應(yīng)用所述實驗裝置之沿空 留巷穩(wěn)定性的測試方法，其包括W下步驟：
[0020] 步驟1，根據(jù)工作面上覆巖層柱狀圖、巖層力學參數(shù)、工作面寬度確定上覆巖層斷 裂拱高度（上覆巖層斷裂拱高度為約工作面寬度1/2) W及拱內(nèi)巖梁個數(shù)，各巖梁厚度，各 巖梁周期來壓步距。
[0021] 某礦工作面基本條件
[0022] 工作面采用走向長壁綜合機械化采煤法，該工作面走向1637m，傾斜平均168m，采 高3m。工作面內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，W塊狀及小塊狀亮煤為主，少量暗煤，煤質(zhì)較好，表1為煤層 頂板鉆孔柱狀圖。如圖1所示，為沿空留巷實驗裝置的示意圖，充填墻體寬度2. 5米。
[002引表1
[0024]
【主權(quán)項】
1. 一種用于測試沿空留巷穩(wěn)定性的實驗裝置，其包括用于填充模擬材料的實驗架，其 特征在于，實驗架上部設(shè)置頂部鋼梁，下部設(shè)置有底部槽鋼，頂部鋼梁下方的實驗架設(shè)置有 固定梁，固定梁的一端鉸接有一加壓梁，加壓梁的另一端設(shè)置有加壓機構(gòu)，加壓機構(gòu)用于根 據(jù)斷裂拱內(nèi)的巖梁斷裂后對充填墻體的作用力對加壓梁施加壓力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，上述加壓機構(gòu)包括支柱，支柱上鉸接 有一加壓杠桿，加壓杠桿一端設(shè)置有加載重物，加壓杠桿另一端鉸接有一連桿，連桿的另一 端設(shè)置有推動活塞，推動活塞設(shè)置在一液壓管內(nèi)，液壓管的水平部通過固定塊固定在頂部 鋼梁上，液壓管的末端內(nèi)設(shè)置有加壓活塞，加壓活塞的下端設(shè)置有壓頭，壓頭與加壓梁相接 觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的實驗裝置，其特征在于，上述液壓管內(nèi)填充有液壓油，液壓管 上設(shè)置有壓力計。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，實驗架包括左側(cè)板、右側(cè)板、前側(cè)板 與后側(cè)板，左側(cè)板與右側(cè)板上均勻布置有多個定位孔，固定梁能在左側(cè)板或右側(cè)板的任一 高度固定，前側(cè)板由鋼化玻璃制成兼作觀察窗口，前側(cè)板、后側(cè)板固定在左側(cè)板、右側(cè)板的 對應(yīng)處。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實驗裝置，其特征在于，按照比例在實驗架內(nèi)鋪設(shè)底板，固定 梁、加壓梁形成的平面與底板之間填充有煤層，煤層的一側(cè)設(shè)置有充填墻體，充填墻體與煤 層之間形成巷道，充填墻體的另一側(cè)為矸石冒落區(qū)。
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于測試沿空留巷巷幫充填墻體及巷道底板穩(wěn)定性的實驗裝置，其包括用于填充模擬材料的實驗架，實驗架上部設(shè)置頂部鋼梁，下部設(shè)置有底部槽鋼，頂部鋼梁下方的實驗架設(shè)置有固定梁，固定梁的一端鉸接有一加壓梁，加壓梁的另一端設(shè)置有加壓機構(gòu)，加壓機構(gòu)根據(jù)斷裂拱內(nèi)的巖梁斷裂后對充填墻體的作用力對加壓梁施加壓力。在實驗裝置尺寸受限制的條件下，將巷旁充填墻體及所留巷道的模型尺寸放大，可以對巷旁充填墻體及底板巖石的位移及破壞過程進行細致的監(jiān)測，避免了現(xiàn)有的模擬系統(tǒng)由于模擬比例尺太大、巷旁充填墻體模型尺寸太小而造成的變形不易監(jiān)測等問題。
【IPC分類】G01N3-10
【公開號】CN204330494
【申請?zhí)枴緾N201420710627
【發(fā)明人】石永奎, 湯建泉, 李干, 張景煜, 郝建
【申請人】山東科技大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年11月24日