[發明專利]一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置

有效

• 申請號: 201410529007.2
• 申請日: 2014-10-10
• 公開（公告）號: CN104266913A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 肖樂樂;魏久傳;牛超;尹會永;郭建斌;謝道雷;張偉杰
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 黃曉敏

1.一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置，其特征在于主體結構包括主液壓伺服加載器、頂部加載體、液壓伺服卸載加載器、卸載加載板、側向固定板、側向加載固定器、平臺底座、液壓管路、頂部液壓管路、應力監測點、應力采集系統、液壓伺服控制系統、可拆卸側邊和測試巖體；平臺底座兩端對稱式固定制有側向加載固定器，用以模擬側向構造應力對地層的加載作用；側向加載固定器與側向固定板固定連接，側向加載固定器工作時，側向固定板與測試巖體接觸加載；側向加載固定器通過側向固定板將測試巖體固定在平臺底座上；測試巖體同一深度水平方向以每米兩個的分布密度均勻分布制有均勻分布有應力監測點，應力監測點采用應力應變片式傳感器，采集底板應力分布特征,；應力監測點與應力采集系統連接，應力采集系統自動采集測試巖體的應力應變數據；測試巖體的上端固定安裝制有卸載加載板，卸載加載板兩側分布安裝制有可拆卸側邊，可拆卸側邊在模擬試驗中傳遞的應力是破壞底板的主要原因；頂部加載體和卸載加載板之間設有液壓伺服卸載加載器，液壓伺服卸載加載器由一組卸載加載器組成，卸載加載器的數量與卸載加載板的數量一致，并牢固連接，液壓伺服卸載加載器模擬工作面煤層采出后對工作面底板的卸壓作用，也模擬工作面頂板老空區內直接頂冒落后重新對底板進行恢復加載作用；頂部加載體上部安裝制有主液壓伺服加載器，主液壓伺服加載器通過加載壓力模擬垂直地應力，對試驗初始階段的總盈利加載，在工作面采動液壓伺服卸載加載器卸壓時，主液壓伺服加載器仍保持原來狀態，使總體壓力一直存在；主液壓伺服加載器與頂部液壓管路連通；作為整個裝置動力源和動力控制系統的液壓控制伺服系統分別與主液壓伺服加載器、液壓伺服卸載加載器和側向加載固定器連接。

2.根據權利要求1所述礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置，其特征在于對礦井工作面底板采動破壞進行模擬試驗的過程包括測試巖體的制備、礦井工作面底板采動底板破壞模擬試驗測試和礦井工作面采動底板破壞機理分析三個步驟，具體工藝過程為：

(1)、測試巖體的制備：測試巖體有兩種，一種為在礦井工作面巷道掘進時采集到的礦井工作面底板巖石，制備時礦井工作面底板巖石的平面要滿足現有技術中巖石力學試驗所規定的標準；另一種為與礦井工作面底板巖石相似模擬材料制備的工作面底板，其制備材料配比以礦井工作面底板巖石力學試驗參數為指導，巖石力學參數包括抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度、內聚力、內摩擦角、體積模量、剪切模量、泊松比、尺寸和密度；制備的測試巖體的長為55cm，寬為55cm，高為20cm，測試巖體采用工作面底板巖石巖樣時，其平面要采用現有技術進行平整性測量；

(2)、礦井工作面底板采動破壞模擬試驗測試：先通過側向固定板和側向加載固定器將測試巖體固定在平臺底座上，同時加載側向應力；再將主液壓伺服加載器和頂部加載體下降并與測試巖體接觸，加載垂直應力，加載時間為1～2天，測試巖體周圍應力穩定后，調整液壓伺服卸載加載器，開啟液壓伺服卸載加載器卸壓模式，加載與卸載壓力相同的垂直應力應力后開啟重新加載模式，用以模擬煤層開采底板卸壓和冒落帶巖石壓實的開采技術條件；試驗進行過程中，開啟應力監測系統，進行數據監測和采集；然后利用外部的現有聲發射監測系統，對試驗過程中的測試巖體裂隙發育進行監測；試驗完成后，利用外部的現有超聲波探測裝置對破壞后的測試巖體進行探測，監測巖樣裂隙發育深度及賦存特征；

(3)采動底板破壞機理分析：以測試巖體的力學性質為基礎，采用現有的FLAC-3D軟件進行采動破壞數值模擬分析，計算采動底板應力分布特征，分析采動底板彈塑性分區，并與模擬試驗采集的應力數據進行對比；分析采動底板破壞機理，同時對采動底板破壞深度進行研究，以解決底板薄隔水層、高承壓含水層采動突水難題。