[發明專利]礦柱支撐系統動載穩定性試驗系統及試驗方法

有效

• 申請號: 201810087127.X
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108398330B
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發明（設計）人: 張進鵬;劉立民;付彪;李揚;曹君陟;張付濤
• 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: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張紅鳳

本發明公開了一種礦柱支撐系統動載穩定性試驗系統及試驗方法，涉及采礦技術領域。其主要解決了現有技術中礦柱支撐系統失穩后即不能進行觀測，無法觀測礦柱支撐系統由穩定到失穩過程的這一技術缺陷。本發明試驗系統包括試驗架和位于試驗架內的試驗箱體，在該試驗架內設置動載發生裝置，動載發生裝置由殼體、強力彈簧、木質塊體和鐵棒組成，通過千斤頂對彈簧加壓，千斤頂的頂端與穿透木質塊體的鐵棒端部接觸，千斤頂推動木質塊體向上移動，到達設置的刻度，將鐵棒固定于殼體的開口處，撤除千斤頂，將鐵棒從殼體的開口處瞬間釋放，強力彈簧帶動木質塊體沖擊薄鋼板。本發明能夠更直觀的反應物體運動變形原理。

技術領域

本發明涉及采礦技術領域，具體涉及一種礦柱支撐系統動載穩定性試驗系統及試驗方法。

背景技術

目前，煤礦和非煤礦山普遍采用留設礦柱作為巷道或采空區的支撐體，以控制頂板運動、地表沉陷或有利于采礦工藝。該采礦方法必然要在眾多礦山遺留大量的非穩定采空區。采空區礦柱支撐系統在復合載荷的長期作用和外界因素的擾動下，局部破壞失穩可能會引發采空區整體失穩。大范圍采空區冒落和地表塌陷事故通常是突發的，并伴隨有強烈的氣浪沖擊、地表的沉陷和張裂、建筑物的大面積損壞或人員的傷亡等。此類災害分布廣、發生幾率高、危害大。

隨著開采量的逐年增加，由此形成的采空區面積也在增加，其穩定性問題有待研究解決。對于諸多存在的具有失穩風險的采空區中，現有技術中通過留設煤柱來降低其安全隱患，許多由礦柱系統支撐的采空區整體處于穩定狀態。

然而，在采動、煤爆、巖爆等動力干擾因素的作用下，可能打破礦柱支撐系統的整體穩定性。在礦柱支撐系統中，某一礦柱達到支撐極限發生失穩，隨著礦柱支撐系統能量場的轉移，進而可能引發相鄰礦柱的失穩，如此循環引發像多米諾效應一樣的連續失穩，最終引起礦柱支撐系統的整體失穩和采空區失穩。

研究礦柱支撐系統的動載穩定性可以通過理論分析、數值模擬、物理模擬、現場觀測等方法進行，但是這幾種方法也存在一定的弊端：

(1)理論分析和數值模擬忽略了大量現場不確定因素，誤差較大；

(2)現場觀測只能在礦柱安全支撐條件下進行，礦柱支撐系統失穩后即不能進行觀測，無法觀測礦柱支撐系統由穩定到失穩的過程。

因此，通過一種新思路來模擬礦柱支撐系統的動載穩定性很有必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種礦柱支撐系統動載穩定性試驗系統及試驗方法，其主要通過物理模擬法，通過相似的人工材料，按實際原型，遵循一定比例縮小做成模型，然后在模型中研究變形或破壞的規律，能夠更直觀的反應物體運動變形原理，是研究礦柱支撐系統動載失穩破壞規律的最佳方法。

為實現上述目的，所要解決的技術問題是：如何能夠克服通過理論分析、數值模擬和現場觀測研究礦柱支撐系統動載穩定性誤差較大、不夠具體的問題，更清楚、直觀、具體的實現動載沖擊對礦柱支撐系統失穩規律的研究工作，得出不同動靜載組合條件對礦柱支撐系統失穩破壞的臨界條件。

本發明的任務之一在于提供一種礦柱支撐系統動載穩定性試驗系統。

一種礦柱支撐系統動載穩定性試驗系統，其包括試驗架和試驗箱體，所述試驗架是由上板、下板、左側板及右側板構成的方形框體結構，其特征在于：所述試驗架還包括有鋼板，所述鋼板位于所述方形框體內部，所述鋼板的兩端連接在所述左側板及右側板上，所述鋼板將所述方形框體結構分為上下兩部分，分別為位于下方的第一框體和位于上方的第二框體，所述試驗箱體位于所述第一框體內部；

所述試驗箱體包括實體材料、若干組礦柱及石頭墊板，所述實體材料位于所述第一框體的兩側，所述礦柱位于所述第一框體的中間，所述礦柱并排設置有若干組，其中每組礦柱的頂部均布置有所述石頭墊板，所述石頭墊板的頂面與所述鋼板面接觸；

在所述第二框體及其上方區域設置有用于對所述鋼板施加壓力的加載機構；