[發明專利]一種大傾角煤巖地層力學性狀物理模擬與測試裝置

在審

• 申請號: 201810540752.5
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108489797A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 解盤石;段建杰;田雙奇;羅生虎
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 姚詠華

本發明公開了一種大傾角煤巖地層力學性狀物理模擬與測試裝置，包括在支撐上設有主動輪和從動輪支撐一對半圓形轉盤，主動輪和從動輪與電機相連；一對半圓形轉盤之間上下分別設有內框架梁和連接的內框架豎梁；沿內框架梁縱和內框架豎梁上連接有若干排平行分布的可移動鋼柱，各排可移動鋼柱上連接有由若干液壓千斤頂連接的施力板；在前后排的施力板前后面上支撐有由可移動鋼柱連接的液壓千斤頂，相鄰施力板之間填充有相似模擬材料，相似煤巖層模擬材料中埋設有連接到測試裝置的壓力傳感器，通過測試裝置獲取的各施力板之間的相似煤巖層模擬材料受力變化，得出模擬煤巖層的力學性狀。該裝置可實現三維變角度加載，更加準確系統地分析煤巖地層力學性狀。

技術領域

本發明涉及一種礦山煤層開采實驗方法，特別是一種大傾角煤巖地層力學性狀物理模擬與測試裝置。

背景技術

在我國，隨著煤炭資源的不斷開發，大傾角煤層等難采煤層成為了如今乃至以后我國煤炭資源開發的重點。在采礦要求安全高效開采的形勢下，對于物理相似模擬研究煤巖體的穩定性產生了極大的需求，物理相似模擬實驗是將現場實際的縮放模型置于實驗體內，模擬真實過程主要特征，通過在模型上的實驗所獲得的某些量間的規律再回推到原型上，以獲得對原型的規律性認識的實驗方法。實驗超出現有理論范圍，能夠研究現場不允許實驗或者觀測不到和測不準規律的項目，可以探索用數學方法不能解決的問題，可以明顯直觀地體現設想，能有效的幫助構思，最大限度地反映出物理本質，因此是礦山、巖土、地質等學科重要研究手段之一。

隨著煤炭開采和探測技術的不斷進步，人們逐漸認識到不同方向的圍巖力學特性同樣對圍巖的穩定性有重要影響，有很多采礦界學者提出了不同的假說和經過論證的觀點，如“最大水平應力理論”，但是在我們在做物理相似模擬時，大多只考慮了鉛直應力對巷道頂底板的穩定性影響，很少有人考慮到不同方向的應力加載特性對圍巖穩定性的影響，這是個急需解決的問題。對于一些煤層賦存較差的礦井，在開挖巷道或工作面的推進過程中，礦壓顯現較為嚴重，經常會發生一些礦井災害，如沖擊礦壓、頂板大面積來壓等，都是人們對于煤巖層力學性狀的科學認知欠缺，沒有做到科學的預測與預防，造成大量的人員和設備損害，產生了巨大的經濟損失，所以通過物理模擬實驗可以直觀的模擬開采和開挖的整個過程，在做模擬實驗時，科研工作者更加關注上覆巖層對采場圍巖穩定性的影響，需更加細致的研究巖層之間和巖層內部的力學性狀，對局部三維集中應力的模擬也待提高，局部區域時研究，采礦界學者們大多只研究巖塊的力學特征，缺少對整個巖體的研究和認知，對研究礦井災害損害時，巖層的力學性狀的研究對于預測和預防礦井災害顯得更為重要，研究巖層和巖體的力學性狀是物理模擬實驗亟需解決的問題。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明的目的在于提供一種大傾角煤巖地層力學性狀物理模擬與測試裝置，該裝置可實現三維變角度加載，可以更好的模擬巖層之間和巖層內部的相互作用，如：巖層間的滑移力、局部集中應力，可以使整體模擬裝置變角度，準確模擬不同傾角的煤巖賦存狀態，通過一種科學的測試方法，該系統可以更加準確、系統地分析煤巖地層力學性狀。

本發明是通過下述技術方案來實現的。

一種大傾角煤巖地層力學性狀物理模擬與測試裝置，包括一個帶有支撐的底座，在每個支撐上設有一對半圓形轉盤，每個轉盤上設有兩個滾槽，兩個滾槽分別與支撐上的主動輪和從動輪相接，主動輪和從動輪與電機相連；一對半圓形轉盤之間上下分別設有內框架梁，上下內框架梁之間連接有四根內框架豎梁；沿內框架梁和內框架豎梁上連接有若干排平行分布的可移動鋼柱，各排可移動鋼柱上連接有由若干液壓千斤頂連接的施力板；在前后排的施力板前后面上支撐有由可移動鋼柱連接的液壓千斤頂，相鄰施力板所圍成正方體內部之間填充有相似模擬材料，相似煤巖層模擬材料中埋設有連接到測試裝置的壓力傳感器，通過測試裝置獲取的各施力板之間的相似煤巖層模擬材料受力變化，得出模擬煤巖層的力學性狀。

對于上述技術方案，本發明還有進一步優選的方案：

進一步，在前面的半圓形轉盤中間開有正方形開孔。