[實用新型]約束條件下煤體受載特性影響模擬實驗裝置

有效

• 申請號: 201721862056.3
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN207894731U
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 李桂臣;孫元田;杜樂樂;孫長倫;何錦濤;董玉璽;賈斌義
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/02
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 華德明

本實用新型公開了一種約束條件下煤體受載特性影響模擬實驗裝置，屬于煤體力學實驗領域，本實用新型裝置包括設有四個首尾相連的凹槽矩形底座，將擋板插入凹槽形成立方槽，壓頭與該立方槽配合進行壓制立方煤體；壓頭、擋板、底座形成對立方煤體的約束面，擋板數量可調節，去除擋板可形成立方煤體的自由面，根據需要模擬的煤體約束面及自由面的數量調節擋板數量，然后通過壓頭對立方煤體進行加載實驗，由此完成煤體成型并模擬約束條件下煤體受載特性，簡單快速低成本，可重復利用，便于研究約束對煤體的影響規律。

技術領域

本實用新型涉及一種模擬受載煤體特性實驗裝置，具體涉及一種約束條件下煤體受載特性影響模擬實驗裝置，屬于煤體力學實驗領域。

背景技術

我國地下煤炭開采方法主要采用長壁工作面采煤法，即將采區的煤體沿走向或傾向劃分成多個長壁工作面，然后依據事先規劃好的次序分別將每個長壁工作面的煤炭采出。工作面的煤炭被采出形成采空區，當對臨近工作面的煤炭進行開采時，首先需要沿著采空區開掘巷道，如圖1所示，現階段常通過沿空掘巷留設小煤柱的方法在煤體4中沿著采空區1 留設小尺寸煤柱2，因其布置在支承壓力降低區，且小煤柱2隔斷了掘進巷道3與采空區1 聯系，避免巷道的漏風和采空區積水進入巷道3，具有節約煤炭資源，回采巷道安全穩定等諸多優點，得到了廣泛的推廣應用。

留設小煤柱沿空掘巷時，不同位置的煤體會承受著不同的應力狀態，以研究對象不同，現分為三部分，如圖1所示，取規則長方體煤柱21作為研究對象，長方體煤柱21頂部受到上覆巖層壓力，底部受到底板支撐，同時由于留設的煤柱2一側靠近采空區1一側靠近巷道3，會形成左右兩側的自由面，這兩個自由面在無支護條件下，不承受力的作用，前后兩側受內部煤體支撐作用。取規則長方體掘進工作面煤體31作為研究對象。該部分頂部受到上覆巖層壓力，底部受到底板支撐，掘進工作面前面上形成自由面，不承受力的作用，左右兩側及后側受內部煤體支撐作用。取規則長方體實體煤41為研究對象，在靠近巷道側會形成自由面，在無支護條件下，不承受力的作用，頂部受到上覆巖層壓力，底部受到底板支撐，前后兩側及右側受內部煤體支撐作用。由此可見，對不同部位的煤體，其承載性能由于受側限原因將有很大的不同，研究相關部分約束條件下的煤體承載特性影響對煤柱、掘進工作面、煤壁穩定控制意義十分重要。

煤巖石(體)力學實驗一直是人們認識巖石(體)在不同外力作用下的應力狀態、應變狀態和破壞特征等力學特性的主要手段，它是解決工程技術問題的基礎。現階段對煤試樣強度的研究多用單軸壓縮試驗、三軸壓縮試驗來間接反映煤體承載性能。但單軸壓縮是非側限壓縮，這與上述分析的煤體的三種實際賦存狀態不符，難以真實反映在有約束條件下的煤體受載狀態。三個研究對象都存在著在的一個或兩個自由面且在巷道表面，遠離圍巖深部，應力降低明顯，不具有原巖應力，僅存在限制煤體松散變形的約束力。因此，三軸壓縮所包括的假三軸實驗因采用圓柱狀試件僅能保證圍壓一致，難以反映多個自由面狀態而與實際狀態不符，真三軸實驗因多用于形成高地壓的原巖應力狀態且設備昂貴、操作復雜，難以實現快速低成本低約束的大量實驗數據，以上都缺乏相關反映煤體真實賦存狀態的約束條件下煤體受載特性研究進展。

此外，由于實驗的煤體材料應采用立方體煤試樣，原煤在加工該類煤樣過程中易產生破損，難以成型，多采用制作型煤來代替原煤試樣，該過程需一套煤體成型設備，提高了實驗成本和增加了過程的復雜程度，缺乏既能煤體成型又能模擬約束條件下煤體承載特性的可重復利用的實驗裝置。

綜上所述，研究約束條件下的煤體承載特性影響對煤柱、掘進工作面、煤壁穩定十分重要，在研究煤試樣受壓試驗反映煤體承載性能實驗上，還存在著煤體約束條件難創造，可控的自由面難形成，難以反映現場煤體實際約束與受載情況，煤體成型與加載裝置關聯性差，實驗成本高等較多問題，目前還沒有在約束條件下的煤體受載特性影響的相關實驗裝置和方法。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種約束條件下煤體受載特性影響模擬實驗裝置，可以用于煤體成型并模擬約束條件下煤體受載特性，簡單快速低成本，可重復利用，便于研究約束對煤體的影響規律。