[實(shí)用新型]一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實(shí)驗(yàn)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520444511.2
• 申請日: 2015-06-25
• 公開（公告）號: CN204882542U
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王家臣;楊勝利;孔德中;閆保金;李小萌;程占博;蔣威
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所 11255
• 代理人: 王曉彬

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及煤礦開采技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實(shí)驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

巖石是一種非均質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，內(nèi)部節(jié)理裂隙隨機(jī)分布,當(dāng)受外部作用時(shí)，巖石內(nèi)部的裂隙經(jīng)歷閉合、擴(kuò)展和貫通過程，當(dāng)超過一定強(qiáng)度極限時(shí)就會發(fā)生失穩(wěn)破壞。在煤層覆巖破斷理論方面，主要有“砌體梁”理論、“傳遞巖梁”理論、“壓力拱”假說、“懸臂梁”假說、“鉸接巖梁”假說等，以上理論或假說對上覆巖層的破斷和失穩(wěn)特征進(jìn)行了描述，但以上思想均沒有考慮巖層變形所蓄積的能量對巖層破斷的影響。固體屈服或破壞都必須克服保持物體固有形狀及物體強(qiáng)度的分子力，就必須消耗能量，因此，能量是物理反應(yīng)的本質(zhì)特征。許多學(xué)者從能量的角度分析并給出了巖體的破壞準(zhǔn)則和判據(jù)，但都沒有直接地研究巖體開挖過程中能量的聚集和分布特征。另外，鑒于巖層破斷時(shí)會產(chǎn)生瞬時(shí)彈性波、并對工作面液壓支架產(chǎn)生動載荷的實(shí)際，收集上覆巖層破斷時(shí)產(chǎn)生的多種信息，并通過信息融合與處理，對于監(jiān)測和預(yù)測上覆巖層破斷位置、發(fā)生的時(shí)間、產(chǎn)生的影響等具有重要的意義。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了能夠用于研究煤礦工作面上覆巖層自開切眼推進(jìn)過程中頂板巖層的能量聚積過程、沿工作面的分布特征、頂板破斷時(shí)的能量釋放過程以及來壓時(shí)的支架載荷變化，同時(shí)能夠直觀地看到頂板破斷前夕的能量分布狀態(tài)，本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種煤礦覆巖破斷預(yù)測實(shí)驗(yàn)裝置，包括實(shí)驗(yàn)平臺、應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)、熱紅外成像系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)；所述實(shí)驗(yàn)平臺用于承載所述實(shí)驗(yàn)材料；所述應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)用于為所述實(shí)驗(yàn)平臺提供應(yīng)力補(bǔ)償加載；所述熱紅外成像系統(tǒng)用于監(jiān)測工作面上覆巖層推進(jìn)和破斷過程中的能量聚集和釋放，用以確定覆巖破斷位置和發(fā)生時(shí)間；所述聲發(fā)射系統(tǒng)用于接收覆巖在加載過程中突然破斷產(chǎn)生的瞬時(shí)彈性波；所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)布置在采煤工作面，用于實(shí)現(xiàn)隨著工作面開挖逐步推進(jìn)，監(jiān)測覆巖破斷時(shí)對液壓支架形成的動載荷，測量覆巖破斷時(shí)液壓支架活柱的下縮量；所述數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)用于融合熱紅外成像系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行融合與分析，對覆巖破斷發(fā)生時(shí)間、位置和強(qiáng)度進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測。

進(jìn)一步地，所述實(shí)驗(yàn)平臺包括底座、頂梁、底梁、立柱、背板、軸和角度調(diào)節(jié)液壓缸；所述立柱的兩端分別連接所述頂梁和所述底梁；所述背板設(shè)在所述立柱與所述頂梁和所述底梁的連接處；所述底梁通過軸連接所述底座；所述立柱通過角度調(diào)節(jié)液壓缸連接所述底座。

進(jìn)一步地，所述應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)包含數(shù)個(gè)大行程液壓缸、游動加載梁、數(shù)個(gè)小行程液壓缸、數(shù)個(gè)加載應(yīng)力轉(zhuǎn)換板、恒壓供液泵站、供液控制系統(tǒng)、壓力監(jiān)測系統(tǒng)和液壓油管；所述數(shù)個(gè)大行程液壓缸均勻分布固定在所述頂梁上；所述游動加載梁連接所述大行程液壓缸底部；所述數(shù)個(gè)小行程液壓缸固定在所述游動加載梁底部；所述數(shù)個(gè)加載應(yīng)力轉(zhuǎn)換板分別設(shè)在所述數(shù)個(gè)小行程液壓缸的底部；所述恒壓供液泵站通過液壓油管分別連接所述數(shù)個(gè)大行程液壓缸和所述數(shù)個(gè)小行程液壓缸；所述壓力監(jiān)測系統(tǒng)將壓力變送器分別用三通連接在供液泵站出油管路上；所述供液控制系統(tǒng)電連接所述恒壓供液泵站。

進(jìn)一步地，所述熱紅外成像系統(tǒng)包括熱紅外成像儀和紅外圖像處理系統(tǒng)；所述紅外圖像處理系統(tǒng)電連接所述紅外成像儀。

進(jìn)一步地，所述聲發(fā)射系統(tǒng)包含聲發(fā)射儀和處理系統(tǒng)，所述聲發(fā)射儀電連接所述處理系統(tǒng)；所述處理系統(tǒng)包含聲發(fā)射傳感器、放大器、數(shù)據(jù)采集卡和處理器；所述聲發(fā)射傳感器設(shè)置在模擬實(shí)驗(yàn)工作面覆巖中；所述處理器分別電連接所述聲發(fā)射傳感器、所述放大器和所述數(shù)據(jù)采集卡。

進(jìn)一步地，所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)包括液壓支架和液壓支架載荷監(jiān)測裝置；所述液壓支架載荷監(jiān)測裝置設(shè)在所述液壓支架上；所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)包含荷載傳感器、位移計(jì)、數(shù)據(jù)采集卡及處理器；所述處理器分別與所述傳感器、所述位移計(jì)和所述數(shù)據(jù)采集卡電連接。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)信息采集和處理系統(tǒng)包括綜合數(shù)據(jù)采集卡和綜合數(shù)據(jù)處理器；所述綜合數(shù)據(jù)處理器電連接所述綜合數(shù)據(jù)采集卡；所述綜合數(shù)據(jù)采集卡信號連接所述紅外成像系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)和所述液壓支架載荷監(jiān)測系統(tǒng)。