[發(fā)明專利]一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置及試驗(yàn)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910071131.1
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN109765110A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙增輝;高曉杰;馬慶;孫偉;張明忠;陳紹杰;王清標(biāo)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 青島智地領(lǐng)創(chuàng)專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括試驗(yàn)箱、擋板、壓板、滑軌、壓頭、監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)和液壓機(jī)構(gòu)；所述擋板包括左擋板、右擋板、前擋板和后擋板，壓頭包括上壓頭、左壓頭和右壓頭，壓板包括上壓板、左壓板和右壓板，監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)包括壓力傳感器、位移傳感器和三維數(shù)字散斑監(jiān)測(cè)儀；所述試驗(yàn)箱的上部和左右兩側(cè)分別設(shè)置有壓頭，其中左壓頭和右壓頭沿滑軌上下移動(dòng)，左壓頭和右壓頭穿過擋板壓設(shè)在壓板上；所述試驗(yàn)箱底部設(shè)置有試驗(yàn)臺(tái)底座，左擋板和右擋板分別固定在試驗(yàn)臺(tái)底座的兩側(cè)，實(shí)驗(yàn)體放置在試驗(yàn)臺(tái)底座上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述實(shí)驗(yàn)體包括頂板層、底板層、均壓水囊、煤層和煤層水囊，實(shí)驗(yàn)體的上方設(shè)置有上壓板；所述上壓板下方布置有均壓水囊，均壓水囊下方布置有頂板層，頂板層下方布置有煤層和煤層水囊，煤層下方布置有底板層；所述煤層和煤層水囊并列間隔布置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述試驗(yàn)臺(tái)底座的前方設(shè)置有前擋板，試驗(yàn)臺(tái)底座的后方設(shè)置有后擋板；所述后擋板上設(shè)置有導(dǎo)水孔，前擋板和后擋板上均設(shè)置有固定槽鋼。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述左壓板和右壓板隨壓頭左右移動(dòng)，所述上壓頭沿試驗(yàn)箱上部設(shè)置的滑軌移動(dòng)；所述左擋板和右擋板的側(cè)面設(shè)置有安裝孔，所述前擋板和后擋板的左右兩邊上設(shè)置有安裝孔。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述左擋板、右擋板和壓板使用鋼材制作而成，所述前擋板和后擋板使用透明亞克力板制作而成，所述均壓水囊上設(shè)置有壓力表。

6.一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)方法，利用權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)裝置，其特征在于，步驟包括：

A.組裝固定試驗(yàn)箱和試驗(yàn)臺(tái)底座，放置壓板并調(diào)節(jié)壓頭位置；

B.根據(jù)礦井煤層條件和試驗(yàn)箱尺寸確定頂板層、底板層和煤層的試件尺寸；

C.制備頂板層、底板層和煤層的模擬試件，包括測(cè)量模擬試件和表面磨平；

D.在試驗(yàn)臺(tái)底座上先鋪設(shè)底板層；再鋪設(shè)煤層和煤層水囊，煤層水囊注水至高度和煤層齊平；在煤層和頂板層之間設(shè)置應(yīng)變片，然后在煤層上方鋪設(shè)頂板層；最后在頂板層上方鋪設(shè)均壓水囊并充水；

E.在均壓水囊上方設(shè)置上壓板，在實(shí)驗(yàn)體表面噴涂數(shù)字散斑測(cè)點(diǎn)；

F.安裝前擋板和后擋板，將煤層水囊和均壓水囊的導(dǎo)水管穿過后擋板上的導(dǎo)水孔，然后安裝固定槽鋼加固前擋板和后擋板；

G.根據(jù)埋深和側(cè)壓系數(shù)計(jì)算確定上壓頭、左壓頭和右壓頭需要施加的壓力，通過液壓機(jī)構(gòu)加壓；

H.通過煤層水囊的導(dǎo)水管給煤層水囊放水，期間記錄頂板的應(yīng)力和應(yīng)變監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述煤層利用煤塊試件制作而成；所述煤層水囊和煤層的高度根據(jù)實(shí)際煤層的高度確定，煤層水囊的寬度根據(jù)煤層工作面的寬度確定。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種模擬頂板巖梁破斷的試驗(yàn)方法，其特征在于，所述步驟G中上壓頭、左壓頭和右壓頭需要施加的壓力根據(jù)礦井實(shí)際地質(zhì)條件計(jì)算，所述上壓頭需要提供壓力的計(jì)算包括，計(jì)算上覆巖層壓強(qiáng)P＝ρgh，其中ρ為上覆巖層的平均密度，g為重力加速度，h為埋深；上壓頭提供的力F_上＝P×S_上，其中S_上為頂板上表面的面積；所述左壓頭和右壓頭需要提供壓力的計(jì)算包括，計(jì)算測(cè)壓系數(shù)λ的取值范圍其中左壓頭壓力F_左和右壓頭壓力F_右，其中F_左＝F_右＝P×S_側(cè)×λ，其中S_側(cè)為實(shí)驗(yàn)體左右兩側(cè)的側(cè)面積。