[發(fā)明專利]一種動荷載影響下頂板滲流試驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910086762.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109596501B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 張向東;楊建軍;張哲誠;高海洋;劉家順;于昕言;魏學達;李永啟;周林林;董澤
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N3/12
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 劉曉嵐

一種動荷載影響下頂板滲流試驗裝置及方法，屬于采礦工程技術(shù)領(lǐng)域。所述動荷載影響下頂板滲流試驗裝置，包括實驗罐體、軸壓系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)、大滲流系統(tǒng)、動荷載系統(tǒng)、外部框架和控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括圍壓控制器、軸壓控制器、大滲流控制器、動荷載控制器和數(shù)據(jù)采集器，動荷載影響下頂板滲流試驗裝置的試驗方法，包括步驟一、在頂板試樣的側(cè)壁粘貼應變片和埋設振動傳感器，步驟二、安裝頂板試樣，步驟三、施加圍壓前準備，步驟四、大滲流試驗前飽水排氣，步驟五、開始試驗并采集數(shù)據(jù)，步驟六、復位、卸壓，步驟七、頂板試樣拆卸。所述動荷載影響下頂板滲流試驗裝置及方法能夠同時采集頂板試樣在施加軸壓、圍壓、動荷載以及大滲流供水時的數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采礦工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種動荷載影響下頂板滲流試驗裝置及方法。

背景技術(shù)

水在煤系地層中廣泛分布，一般分為承壓水和自由水。巷道開挖與掘進破壞了巖體的原巖應力狀態(tài)，應力調(diào)整過程中改變了巖體的結(jié)構(gòu)及其賦存形態(tài)，易于引起巷道頂板水的流動，如果水壓及水量較大，可能造成突水事故。研究發(fā)現(xiàn)頂板水滲流過程中，不僅削弱了頂板巖石的強度，也降低了支護體的強度，易于誘發(fā)巷道頂板變形失穩(wěn)。

目前滲流研究傾向大多是從微觀對巖體或土體內(nèi)部水遷移路徑及水遷移過程中局部區(qū)域的物理力學性能變化展開研究。由于受到研究對象縮放比例、尺寸的影響，很難對整個頂板存在原生裂隙的脆弱區(qū)以和相對完整、致密物理力學性能較好的穩(wěn)定區(qū)，在外部動力影響下對頂板滲流情況及頂板整體的穩(wěn)定性展開研究，以往的研究無法同時獲取脆弱區(qū)域和穩(wěn)定區(qū)域的協(xié)同變化。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種動荷載影響下頂板滲流試驗裝置及方法，能夠同時采集頂板試樣在施加軸壓、圍壓、動荷載以及大滲流供水時的數(shù)據(jù)，能夠研究富水地段頂板由原生裂隙主導的脆弱區(qū)域影響范圍、弱化程度并總結(jié)裂隙形式與影響范圍、弱化程度之間的規(guī)律，進而展開脆弱區(qū)在受到持續(xù)滲流、突發(fā)動荷載影響下失穩(wěn)、破壞對外緣穩(wěn)定區(qū)域及頂板整體穩(wěn)定性的影響。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種動荷載影響下頂板滲流試驗裝置，包括實驗罐體、軸壓系統(tǒng)、圍壓系統(tǒng)、大滲流系統(tǒng)、動荷載系統(tǒng)、外部框架和控制系統(tǒng)；

所述實驗罐體的頂部設有出水口，實驗罐體的底部設有進水口，實驗罐體側(cè)壁的下部設有第一通孔，實驗罐體側(cè)壁的上部設有第二通孔，實驗罐體的內(nèi)部設置有頂板試樣，所述頂板試樣內(nèi)設有裂隙，頂板試樣的側(cè)壁設有應變片和振動傳感器，頂板試樣的上方設有上保護板，頂板試樣的下方設有下保護板，所述上保護板和下保護板均設有與所述裂隙正對的通槽，所述上保護板的上方設有上滲透加壓板，所述下保護板的下方設有下滲透加壓板，所述上保護板和上滲透加壓板均設有相對應的滲流孔，所述下保護板和下滲透加壓板均設有相對應的滲流孔，所述上滲透加壓板和下滲透加壓板均設有滲透板引水接頭，所述上滲透加壓板的滲透板引水接頭通過金屬承壓水管與所述出水口連接，所述下滲透加壓板的滲透板引水接頭通過金屬承壓水管與所述進水口連接，所述上滲透加壓板、上保護板、頂板試樣、下保護板、下滲透加壓板、應變片和振動傳感器的整體的外部包裹隔油橡膠膜；

所述軸壓系統(tǒng)包括上加載活塞、加載千斤頂、下加載活塞和壓力傳感器，所述上加載活塞設置在上滲透加壓板的上方，且與實驗罐體的頂部通過線軸承連接，上加載活塞的上方設有加載千斤頂，所述下加載活塞設置在下滲透加壓板的下方，且與實驗罐體的底部通過線軸承連接，所述下加載活塞的下方設有壓力傳感器；

所述圍壓系統(tǒng)包括液壓油罐、進油泵組和回油氣泵，所述液壓油罐分別通過第一圍壓管線和第二圍壓管線與第一通孔連通，液壓油罐通過第三圍壓管線與第二通孔連通，所述第一圍壓管線上設置有進油泵組和第一截止閥，所述第二圍壓管線上設有第二截止閥，所述第三圍壓管線上設有第五截止閥和第三截止閥，所述第五截止閥設置在靠近液壓油罐的一側(cè)，所述回油氣泵設置在第五截止閥和第三截止閥之間，且通過第四圍壓管線與第三圍壓管線連通，所述第四圍壓管線上設有第四截止閥；