[發明專利]一種煤礦井下充填材料力學性能測試方法和裝置

無效

• 申請號: 201410002903.3
• 申請日: 2014-01-04
• 公開（公告）號: CN103712853A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 展曉元;張蘭芹;王慶恒
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/04
• 分類號: G01N3/04;G01N3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及煤礦井下條帶式充填開采工藝中充填材料的力學性能測試方法和測試裝置，適用于煤礦采空區條帶式充填墻體和沿空留巷護巷充填墻體的力學性能測試。

背景技術

在煤礦生產過程中，為了解決“三下”壓煤、控制開采造成的地面沉陷、回收煤礦開采過程中留設的煤柱，常采用充填開采的方法，由于充填材料來源匱乏，限制了煤礦充填開采技術的應用，為了減少充填材料的用量和降低充填成本，條帶式充填開采是最有應用前景的方式。

在充填過程中為了監測充填材料對頂板的支撐效果和采空區巖層沉降情況，目前主要的手段是在充填材料中設置壓力傳感器和位移傳感器，成本較高。而且對于條帶式充填墻體，當頂板發生移動，其受到的載荷方向也發生了變化，原來留設的傳感器獲得的數據難免有所偏差；當條帶式充填墻體建立之后，對充填材料的力學性能監測只能通過鉆心取樣的方法進行測試，方法繁瑣，工作量大；當充填材料配比確定之后，在實驗室模擬條帶式充填墻體的受力條件、對充填材料的力學性能進行測試的工作實用意義較大。

發明內容

（1）發明目的

本發明煤礦井下充填材料力學性能測試裝置結構緊湊、操作簡單、易于維護、使用可靠；測試方法簡單可信，在煤礦采空區條帶式充填墻體和沿空留巷護巷充填墻體的力學性能測試方面具有廣泛的實用性。

（2）技術方案

本發明一種煤礦井下充填材料力學性能測試方法和裝置，包括煤礦井下充填材料力學性能測試方法和煤礦井下充填材料力學性能測試裝置。

煤礦井下充填材料力學性能測試裝置分為兩部分：上夾具和下夾具，上、下夾具相同，位置可以互換，交錯安裝可以組合形成萬向節。上下夾具都由內襯板和外襯板組成，內、外襯板上設有四個通孔，通過螺栓連接，通過調節螺栓可以調節內外襯板平面之間的夾角，外襯板上設有突臺，突臺上裝有可以轉動的連桿。

煤礦井下充填材料力學性能測試方法其特征在于：上下夾具交錯安裝組合形成一個萬向節，煤礦井下充填材料根據配料比制備成試樣，試樣模擬煤礦井下充填墻體的幾何結構，把試樣放到萬向節中間，沿著上、下夾具的連桿施加一個軸向拉力，軸向拉力通過煤礦井下充填材料力學性能測試裝置轉換為對充填材料試樣的壓力。通過調節夾具內、外襯板的連接螺栓，可以控制內外襯板之間的交角，使作用在試樣上的壓力呈現不同的方向，用以模擬煤礦井下各種頂板狀況對充填墻體的作用力；通過測試上、下夾具內襯板之間距離，并與初始距離進行比較，可以得到試樣的形變大小，模擬計算煤礦井下充填墻體在頂板作用力下被壓縮后造成頂板的沉降量；通過測量作用在連桿上的拉力，模擬計算充填墻體所受的壓應力；通過計算加載作用力的時間，可以模擬計算充填墻體在不同齡期的抗壓強度、形變。

（3）技術效果

本發明一種煤礦井下充填材料力學性能測試方法和裝置，適用于煤礦采空區條帶式充填墻體和沿空留巷護巷充填墻體的力學性能測試。當充填材料配比確定之后，在實驗室可以模擬充填墻體受頂板作用力的大小和方向，對充填材料的力學性能進行測試。該測試裝置結構緊湊、操作簡單、易于維護、使用可靠，測試方法簡單可信，在煤礦采空區條帶式充填墻體和沿空留巷護巷充填墻體的力學性能測試方面具有廣泛的實用性。

附圖說明

附圖1是本發明測試裝置三維示意圖。

附圖2是本發明測試裝置上夾具三維示意圖。

附圖3是本發明測試裝置下夾具三維示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步說明，但本發明不限于此實施例。

（1）????實施例1

煤礦井下充填材料力學性能測試裝置分為兩部分：上夾具和下夾具，上、下夾具相同，位置可以互換，交錯安裝可以組合形成萬向節。上下夾具都由內襯板4和外襯板2組成。內襯板4、外襯板2上設有四個通孔，通過螺栓3連接，通過調節螺栓3可以調節內襯板4、外襯板2平面之間的夾角，外襯板上設有突臺，突臺上裝有可以轉動的連桿1。

根據煤礦井下充填材料的配比制備充填材料，根據煤礦井下充填墻體設計的幾何尺寸，等比例制備測試試樣，把測試試樣放置到煤礦井下充填材料力學性能測試裝置所構成的萬向節中，調節上下夾具的連接螺栓3，使上、下夾具的內襯板4平面保持一定的角度，模擬煤礦井下不同頂板條件與充填墻體的相對位置。通過測試裝置的連桿1給予煤礦井下充填材料力學性能測試裝置一個作用于連桿軸向的拉力，拉力通過測試裝置轉換為對充填材料試樣的壓力。通過測試上、下夾具內襯板之間距離，并與初始距離進行比較，可以得到充填材料的形變大小，模擬計算煤礦井下充填材料在頂板作用力下被壓縮后造成頂板的沉降量；通過測量作用在連桿上的拉力，模擬計算充填材料所受的壓應力；通過計算加載作用力的時間，可以模擬計算充填材料在不同齡期的抗壓強度、形變。通過在實驗對充填材料試樣力學性能的測試模擬煤礦采空區條帶式充填墻體和沿空留巷護巷充填墻體的力學性能。