條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱體、加載單元、試驗(yàn)架以及供水單元，試驗(yàn)箱體包括下板、后側(cè)板、透明前側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板和頂板，加載單元包括液壓組件、左壓頭、右壓頭、上壓頭、加壓箱和水囊，液壓組件液壓連接左壓頭、右壓頭和上壓頭，試驗(yàn)架包括左立柱、右立柱和橫梁，左壓頭連接左立柱，左壓頭的活柱連接左側(cè)板，右壓頭連接右立柱，右壓頭的活柱連接右側(cè)板，上壓頭連接橫梁，上壓頭的活柱連接頂板，供水單元經(jīng)水路連接水囊和水接頭。本實(shí)用新型的有益效果為：條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)牢固，組裝簡(jiǎn)單，操作方便，可以模擬條帶開采過程，試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，以對(duì)條帶煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。
【專利說明】
條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及煤礦開采試驗(yàn)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著城市建設(shè)的發(fā)展和煤炭開采強(qiáng)度的提高，我國建筑物下、水體下、鐵路下的“三下”壓煤量已迅速增大，條帶開采是解決“三下”壓煤的有效途徑之一。條帶開采是在開采范圍內(nèi)沿煤層走向或傾向劃分一定尺寸的條帶，采出一條、保留一條，采出條帶與保留條帶相間排列，依靠保留條帶煤柱支撐上覆巖層，以減少上覆巖層的沉陷，控制巖層的移動(dòng)，減少采動(dòng)損害，實(shí)現(xiàn)對(duì)地表建(構(gòu))筑物、地形、地貌及地下結(jié)構(gòu)保護(hù)的目的。采礦工程實(shí)踐中，一方面，要求條帶煤柱長(zhǎng)期有效地支撐上覆巖層，但在相鄰工作面推采完畢后，隨著時(shí)間的推移，由于流變作用的影響，條帶煤柱的強(qiáng)度會(huì)隨上覆巖層作用的時(shí)間延長(zhǎng)而降低;另一方面，為了減少資源浪費(fèi)提高煤炭回收率，需要充分利用條帶煤柱的支承能力，開采以前“三下”開采時(shí)留設(shè)的煤柱，與此同時(shí)，隨著采深的增加，留設(shè)的煤柱也會(huì)越來越大，煤柱的受力狀態(tài)、空間系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性質(zhì)均發(fā)生了極大的甚至本質(zhì)的變化?，F(xiàn)有技術(shù)中對(duì)條帶煤柱的研究采用的方法主要有理論分析、數(shù)值計(jì)算、現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和室內(nèi)試驗(yàn)。理論分析和數(shù)值計(jì)算忽略大量現(xiàn)場(chǎng)不確定因素，誤差較大;現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)開采完畢后的條帶煤柱需再次進(jìn)入采空區(qū)，困難較大，存在一定危險(xiǎn)性;室內(nèi)試驗(yàn)主要采用MTS伺服機(jī)進(jìn)行單軸或者三軸煤巖壓縮試驗(yàn)，主要研究煤巖體的強(qiáng)度，忽略了煤巖體的尺寸效應(yīng)和煤層開采中采場(chǎng)水的耦合作用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置以模擬條帶開采過程并對(duì)條帶煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。
[0004]本實(shí)用新型提供一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱體、加載單元、試驗(yàn)架以及供水單元，試驗(yàn)箱體包括下板、后側(cè)板、前側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板和上板，下板固定連接后側(cè)板，后側(cè)板經(jīng)螺栓連接由透明材料制作的前側(cè)板，加載單元包括液壓組件、左壓頭、右壓頭、上壓頭、加壓箱和水囊，液壓組件液壓連接左壓頭、右壓頭和上壓頭，加壓箱包括滲流板、加壓上板、支撐條板和加壓條板，滲流板上開設(shè)有滲流孔，加壓上板上固定連接有水接頭，支撐條板與滲流板、加壓上板的內(nèi)表面固定連接，加壓條板與滲流板、加壓上板的四周固定連接，試驗(yàn)架包括左立柱、右立柱和橫梁，橫梁與左立柱、右立柱固定連接，左壓頭裝配連接左立柱，左壓頭的活柱裝配連接左側(cè)板，右壓頭裝配連接右立柱，右壓頭的活柱裝配連接右側(cè)板，上壓頭裝配連接橫梁，上壓頭的活柱裝配連接上板，供水單元經(jīng)水路連接水囊和水接頭。
[0005]進(jìn)一步的，加壓條板包括加壓左條板、加壓右條板、加壓前條板和加壓后條板，加壓左條板和加壓右條板上固定連接有半圓柱體過渡板，過渡板的外表面裝配連接有橡膠墊，加壓前條板和加壓后條板開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條。
[0006]進(jìn)一步的，左側(cè)板的左邊沿、右邊沿和下邊沿開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條，右側(cè)板的左邊沿、右邊沿和下邊沿開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條。
[0007]進(jìn)一步的，左側(cè)板或右側(cè)板開設(shè)有試驗(yàn)連接孔。
[0008]進(jìn)一步的，液壓組件包括經(jīng)液壓管路串接的液壓油箱、液壓馬達(dá)、液壓閥門和液壓表。
[0009]進(jìn)一步的，供水單元包括經(jīng)水路串接的水箱、水壓力栗、水壓表和水壓閥門。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
[0011]本實(shí)用新型的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，結(jié)構(gòu)牢固，組裝簡(jiǎn)單，操作方便，可以模擬條帶開采過程，試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，以對(duì)條帶煤柱的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。
[0012]結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】后，本實(shí)用新型的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置模擬水平煤層時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置模擬傾斜煤層時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置的部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置中加壓箱的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置中左側(cè)板和右側(cè)板的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例中條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置中供水單元和水囊的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]其中，
[0021 ] 11、下板，12、后側(cè)板，13、前側(cè)板，14、左側(cè)板，15、右側(cè)板，16、上板，2、螺栓，311、液壓油箱，312、液壓馬達(dá)，313、液壓閥門，314、液壓表，315、液壓管路，321、左壓頭，322、右壓頭，323、上壓頭，33、加壓箱，331、滲流板，332、加壓上板，333、支撐條板，334、加壓條板，3341、過渡板，335、水接頭，34、水囊，41、左立柱，42、右立柱，43、橫梁，51、水箱，52、水壓力栗，53、水壓表，54、水壓閥門，55、水管，6、試驗(yàn)連接孔，7、煤柱，81、頂板巖層，82、底板巖層，83、混凝土三角塊，9、凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0022]如圖1至圖6所示，本實(shí)施例提供一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，包括試驗(yàn)箱體、加載單元、試驗(yàn)架以及供水單元。試驗(yàn)箱體包括下板11、后側(cè)板12、前側(cè)板13、左側(cè)板14、右側(cè)板15和上板16。左側(cè)板14的左邊沿、右邊沿和下邊沿開設(shè)有凹槽9，凹槽9內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條，右側(cè)板15的左邊沿、右邊沿和下邊沿開設(shè)有凹槽9，凹槽9內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條。左側(cè)板14或右側(cè)板15開設(shè)有試驗(yàn)連接孔6，傳感器的信號(hào)線和連接水囊34的水管55穿過試驗(yàn)連接孔6連接計(jì)算機(jī)，在鋪設(shè)完所需信號(hào)線和水管55后，采用強(qiáng)力膠填充整個(gè)實(shí)驗(yàn)孔連接孔6，防止?jié)B水。下板11固定焊接后側(cè)板12，在后側(cè)板12兩側(cè)均勻布置10個(gè)螺孔，后側(cè)板12經(jīng)螺栓2連接由透明有機(jī)玻璃材料制作的前側(cè)板13。前側(cè)板13為透明材料，可以在試驗(yàn)過程實(shí)現(xiàn)可視操作，有機(jī)玻璃材料強(qiáng)度高，滿足試驗(yàn)所需的力學(xué)要求。加載單元包括液壓組件、左壓頭321、右壓頭322、上壓頭323、加壓箱33和水囊34。水囊34包括若干個(gè)，水囊34可模擬未開采的煤層中除了煤柱7之外的煤層或充填開采時(shí)的充填體。在模擬一定高度的煤層時(shí)，在水囊34中注入相應(yīng)高度的水體，關(guān)閉水壓閥門54，此時(shí)水囊34能承受一定的壓力，以模擬煤層受力。開采時(shí)，若干個(gè)水囊34根據(jù)煤層開采的方向按照一定的順序放出水囊34中的水，模擬煤層的開挖。需要說明的是，水囊34可與水接頭335處共用供水單元供水，但水囊34處和水接頭335處的水壓不一致。液壓組件包括經(jīng)液壓管路315串接的液壓油箱311、液壓馬達(dá)312、液壓閥門313和液壓表314。液壓組件經(jīng)液壓管路315連接左壓頭321、右壓頭322和上壓頭323。加壓箱33的長(zhǎng)度及寬度小于試驗(yàn)箱的左側(cè)板14和右側(cè)板15，以便加壓箱與左側(cè)板14、右側(cè)板15的接觸位置有一定的行程。加壓箱33包括滲流板331、加壓上板332、支撐條板333和加壓條板334。加壓條板334包括加壓左條板、加壓右條板、加壓前條板和加壓后條板，加壓左條板和加壓右條板上固定連接有半圓柱體過渡板3341，便于加壓箱33在不同煤層傾角試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)加載，過渡板3341的外表面裝配連接有橡膠墊，以實(shí)現(xiàn)加壓箱33邊緣的密封。加壓前條板和加壓后條板開設(shè)有凹槽9，凹槽9內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條，以實(shí)現(xiàn)加壓箱33側(cè)邊緣的密封。滲流板331上均勻開設(shè)有滲流孔，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤柱7、頂板巖層81、底板巖層82施加水壓，實(shí)現(xiàn)研究一定的水壓對(duì)煤柱穩(wěn)定性的影響。加壓上板332上固定連接有水接頭335，支撐條板333與滲流板331、加壓上板332的內(nèi)表面固定連接，加壓條板334與滲流板331、加壓上板332的四周固定連接。試驗(yàn)架包括左立柱41、右立柱42和橫梁43，橫梁43與左立柱41、右立柱42固定連接。左壓頭321裝配連接左立柱41，左壓頭321的活柱裝配連接左側(cè)板14，右壓頭322裝配連接右立柱42，右壓頭322的活柱裝配連接右側(cè)板15，上壓頭323裝配連接橫梁43，上壓頭323的活柱裝配連接上板16。供水單元包括經(jīng)水管55串接的水箱51、水壓力栗52、水壓表53和水壓閥門54，供水單元經(jīng)水管55連接水囊34和水接頭335。
[0023]本實(shí)用新型還提供一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)方法，應(yīng)用上述的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，包括以下步驟:
[0024]步驟一、頂板巖層81、底板巖層82選擇混凝土等相似材料，煤層中保留的煤柱7選擇取樣煤炭或混凝土等相似材料；
[0025]步驟二、在條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)箱體內(nèi)逐層鋪設(shè)加壓箱33、底板巖層82、煤層(煤柱7和水囊34)、頂板巖層81、加壓箱33，在煤層位置處間隔地鋪設(shè)與煤柱7等高的水囊34，通過放出水囊34中的水可以模擬煤層的開挖，通過往水囊34中充水可以模擬對(duì)采煤工作面采空區(qū)的充填，在底板巖層82和頂板巖層81位置處埋設(shè)應(yīng)力傳感器、位移傳感器和孔隙水壓力傳感器；
[0026]步驟三、通過加載單元對(duì)頂板巖層81、煤層、底板巖層82施加縱向壓力或橫向壓力，或同時(shí)施加縱向壓力和橫向壓力，向水囊34內(nèi)充相應(yīng)壓力的水；
[0027]步驟四、應(yīng)力傳感器達(dá)到應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)后，通過頂板巖層81上部的加壓箱33和底板巖層82下部的加壓箱33經(jīng)滲流板331施加高壓水；
[0028]步驟五、水囊34按照設(shè)定的方向放出水囊34中的水以模擬煤層的開挖；
[0029]步驟六、煤層開挖后，根據(jù)試驗(yàn)的需要，滲流板331中經(jīng)滲流孔釋放水，并對(duì)頂板巖層81、煤層、底板巖層82進(jìn)行長(zhǎng)期加載；
[0030]步驟七、經(jīng)應(yīng)力傳感器、位移傳感器和孔隙水壓力傳感器來監(jiān)測(cè)應(yīng)力、位移、孔隙水壓力等數(shù)據(jù)，記錄應(yīng)力傳感器、位移傳感器和孔隙水壓力傳感器的數(shù)據(jù)，以對(duì)煤柱7的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。
[0031]需要說明的是，本實(shí)施例中，當(dāng)煤層有一定的傾角時(shí)，為保證條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置的平衡，根據(jù)煤層傾角的需要，步驟二中在加壓箱33的外側(cè)鋪設(shè)合適傾角的混凝土三角塊83，以進(jìn)行傾斜煤層模擬試驗(yàn)。若進(jìn)行充填開采，按照開采的過程，步驟五中間隔一段時(shí)間，使頂板巖層81持續(xù)一定的垮落運(yùn)動(dòng)時(shí)間，根據(jù)充填率的不同對(duì)水囊34充填對(duì)應(yīng)高度或?qū)?yīng)壓力的水。
[0032]當(dāng)然，上述說明并非是對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型也并不僅限于上述舉例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)所做出的變化、改型、添加或替換，也應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征在于:包括試驗(yàn)箱體、加載單元、試驗(yàn)架以及供水單元，試驗(yàn)箱體包括下板、后側(cè)板、前側(cè)板、左側(cè)板、右側(cè)板和上板，下板固定連接后側(cè)板，后側(cè)板經(jīng)螺栓連接由透明材料制作的前側(cè)板，加載單元包括液壓組件、左壓頭、右壓頭、上壓頭、加壓箱和水囊，液壓組件液壓連接左壓頭、右壓頭和上壓頭，加壓箱包括滲流板、加壓上板、支撐條板和加壓條板，滲流板上開設(shè)有滲流孔，加壓上板上固定連接有水接頭，支撐條板與滲流板、加壓上板的內(nèi)表面固定連接，加壓條板與滲流板、加壓上板的四周固定連接，試驗(yàn)架包括左立柱、右立柱和橫梁，橫梁與左立柱、右立柱固定連接，左壓頭裝配連接左立柱，左壓頭的活柱裝配連接左側(cè)板，右壓頭裝配連接右立柱，右壓頭的活柱裝配連接右側(cè)板，上壓頭裝配連接橫梁，上壓頭的活柱裝配連接上板，供水單元經(jīng)水路連接水囊和水接頭。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征在于:加壓條板包括加壓左條板、加壓右條板、加壓前條板和加壓后條板，加壓左條板和加壓右條板上固定連接有半圓柱體過渡板，過渡板的外表面裝配連接有橡膠墊，加壓前條板和加壓后條板開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征在于:左側(cè)板的左邊沿、右邊沿和下邊沿開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條，右側(cè)板的左邊沿、右邊沿和下邊沿開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)裝配連接有圓柱體橡膠條。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征在于:左側(cè)板或右側(cè)板開設(shè)有試驗(yàn)連接孔。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征在于:液壓組件包括經(jīng)液壓管路串接的液壓油箱、液壓馬達(dá)、液壓閥門和液壓表。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的條帶煤柱穩(wěn)定性試驗(yàn)裝置，其特征在于:供水單元包括經(jīng)水路串接的水箱、水壓力栗、水壓表和水壓閥門。
【文檔編號(hào)】G01N3/10GK205449675SQ201620248918
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】孔德志, 常西坤, 黃冬梅, 孔賀, 趙金海, 劉占新, 白麗揚(yáng), 李金平
【申請(qǐng)人】山東科技大學(xué)