[發明專利]一種用于測試沿空留巷穩定性的實驗裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201410682392.4
• 申請日: 2014-11-24
• 公開（公告）號: CN104390861B
• 公開（公告）日: 2016-11-23
• 發明（設計）人: 石永奎;湯建泉;李干;張景煜;郝建
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/10
• 分類號: G01N3/10
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 王連君

技術領域

本發明涉及相似材料模擬實驗裝置領域，尤其涉及一種用于測試沿空留巷穩定性的實驗裝置及測試方法。

背景技術

煤礦采場空間幾何尺寸一般為數百米或近千米，而傳統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的充填墻體在實驗模型中僅為2.5cm，與普通的應力傳感器尺寸相近，因而存在尺寸效應，不能精確的對巷旁充填墻所承受的應力進行測量，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測。因此，現有技術有待于更進一步的改進和發展。

本專利是在已知煤礦采場結構力學模型基本參數的情況下，對沿空留巷巷旁充填體的穩定性、留巷區域底板巖層的應力和位移及其穩定性進行研究的實驗方法及裝置。

在已知“沿空留巷巷旁充填體所承受的載荷是由采場結構力學模型參數所確定的裂斷拱內傳遞巖梁總厚度及其裂斷步距所共同決定的”基礎上，采用相似材料模擬底板巖層和煤層，采用鋼梁結構模擬最下位的老頂巖梁，并采用大位移的液壓油缸系統在鋼梁上施加連續恒定的重力，模擬采場上覆巖層裂斷拱內各巖梁施加在巷旁充填體上的載荷。由于本發明主要研究的是巷旁充填體及留巷區域的底板穩定性，因此，可以實現較小比例尺的模擬，不僅節省了實驗材料，更重要的是可以將巷旁充填體及所留巷道的模型尺寸放大，可以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測，避免了現有的模擬系統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測等問題。由于加載系統僅需要模擬裂斷拱內各巖梁施加在巷旁充填體上的載荷，因此，加載系統簡單，容易實施。

發明內容

鑒于傳統相似材料模擬實驗裝置對沿空留巷模擬存在較大困難，本發明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厚度。

為了解決上述技術問題，本發明方案包括：

一種用于測試沿空留巷穩定性的實驗裝置，其包括用于填充模擬材料的實驗架，其中，實驗架上部設置頂部鋼梁，下部設置有底部槽鋼，頂部鋼梁下方的實驗架設置有固定梁，固定梁的一端鉸接有一加壓梁，加壓梁的另一端設置有加壓機構，加壓機構用于根據斷裂拱內的巖梁斷裂后對充填墻體的作用力對加壓梁施加壓力。

所述的實驗裝置中的加壓機構，其特征在于，上述加壓機構包括支柱，支柱上鉸接有一加壓杠桿，加壓杠桿一端設置有加載重物，加壓杠桿另一端鉸接有一連桿，連桿的另一端設置有推動活塞，推動活塞設置在一液壓管內，液壓管的水平部通過固定塊固定在頂部鋼梁上，液壓管的末端內設置有加壓活塞，加壓活塞的下端設置有壓頭，壓頭與加壓梁相接觸。

所述的實驗裝置，其中，上述液壓管內填充有液壓油，液壓管上設置有壓力計。

所述的實驗裝置，其中，實驗架包括左側板、右側板、前側板與后側板，左側板與右側板上均勻布置有多個定位孔，固定梁能在左側板或右側板的任一高度固定，前側板由鋼化玻璃制成兼作觀察窗口，前側板、后側板固定在左側板、右側板的對應處。

所述的實驗裝置，其中，按照比例在實驗架內鋪設底板，固定梁、加壓梁形成的平面與底板之間填充有煤層，煤層的一側設置有充填墻體，充填墻體與煤層之間形成巷道，充填墻體的另一側為矸石冒落區。

一種根據所述實驗裝置之沿空留巷穩定性的測試方法，其包括以下步驟：

步驟一，根據工作面上覆巖層柱狀圖、巖層力學參數、工作面寬度確定上覆巖層斷裂拱高度以及拱內巖梁個數，各巖梁厚度，各巖梁周期來壓步距，其中上覆巖層斷裂拱高度為工作面寬度的1/2；

各巖梁周期來壓計算方程式：

C=mϵ[δt]3γE;]]>

其中，C為巖梁周期來壓步距，m_e為巖梁平均厚度，[δ_t]為巖梁抗拉強度，γ_E為巖石容重；