煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置製造方法
2023-05-29 19:31:01
煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其包括缸體；支架；第一、第二端蓋；閥門；液壓柱塞；位移傳感器；若干壓力傳感器；控制器；液壓泵。缸體安裝在支架上，缸體的一端安裝有第一端蓋，另一端安裝有液壓柱塞。第一端蓋與液壓柱塞密封住缸體的兩端使缸體內部形成收容待模擬巖體的第一密封腔，壓力傳感器分布在待模擬巖體上且其引線穿過第一端蓋與控制器連接。閥門安裝在第一端蓋上。液壓柱塞的一端收容在缸體內且為封閉端，另一端安裝有第二端蓋，第二端蓋密封液壓柱塞使液壓柱塞內部形成第二密封腔。液壓泵連接控制器並向第二密封腔內注液壓油以提供油壓，位移傳感器安裝在第二端蓋上且連接控制器。
【專利說明】煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種模擬實驗裝置，涉及一種煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置。
【背景技術】
[0002]煤炭資源的地下開採必然形成採空區和上覆巖體的冒落。實踐證明，煤層在開採結束後經過了長時間自然壓實，採空區及其上覆巖體會逐漸壓實穩定，但是實際上冒落帶中依然存在大量殘留裂隙空間。
[0003]當整個礦井開採結束或礦中的某個開採水平開採結束後，開採區內的地下水位會逐漸恢復。有些已基本穩定的沉陷區下部採空區巖體因地下水的作用，有可能會使原本處於相對平衡狀態下的區域出現「活化」，使裂隙帶巖體再軟化壓密，上覆巖體產生二次變形導致採空區上方地表出現二次沉陷，從而危及老採空區上方建(構)築物的安全。老採空區因後期充水、荷載作用下導致冒落巖體軟化後受壓變形是老採空區「活化」的特徵之一。為了研究老採空區的「活化」機理，研究採空區在荷載和充水條件下破碎巖體二次變形的規律，同時對於合理利用老採空區上方採煤塌陷區土地資源，提高土地利用率、緩解礦區土地資源緊張局面和保障老採空區上方地表建築物安全方面具有重要指導意義。
實用新型內容
[0004]本實用新型提供一種煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其探究採空區冒落帶破碎巖體在不同荷載量和充水條件下的變形規律，藉助該模擬實驗裝置可以研究冒落帶破碎巖體二次變形規律，有效指導採空區上方土地二次利用工作。本實用新型屬於一種模擬在覆巖荷載和老採空區充水條件下煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形環境的實驗設備。
[0005]本實用新型是這樣實現的，一種煤礦老採空區二次變形壓實模擬實驗裝置，其包括缸體、支架、第一端蓋、閥門、液壓柱塞、第二端蓋、位移傳感器、若干壓力傳感器、控制器、液壓泵；該缸體安裝在該支架上，該缸體的一端安裝有該第一端蓋，該缸體的另一端安裝有該液壓柱塞，該第一端蓋與該液壓柱塞密封住該缸體的兩端使該缸體內部形成第一密封腔，該第一密封腔收容待模擬巖體，該若干壓力傳感器分布在該待模擬巖體上，該若干壓力傳感器的引線穿過該第一端蓋與該控制器電性連接，該閥門安裝在該第一端蓋上以對該第一密封腔內注水；該液壓柱塞的一端收容在該缸體內且為封閉端，該液壓柱塞的另一端安裝有該第二端蓋，該第二端蓋密封該液壓柱塞使該液壓柱塞內部形成第二密封腔，該第二密封腔收容液壓油，該液壓泵電性連接該控制器並向該第二密封腔內注液壓油以提供油壓，該位移傳感器安裝在該第二端蓋背向該第二密封腔的一側上且電性連接該控制器。
[0006]作為上述方案的進一步改進，該缸體呈圓柱型而能相對該支架0-180度旋轉。
[0007]本實用新型通過模擬在荷載和充水條件下採空區冒落帶破碎巖體二次變形環境得出:不同荷載下冒落帶破碎巖體應力應變規律；同一荷載下變形穩定後，在不同注水量條件下破碎巖體應力應變規律。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型較佳實施方式提供的煤礦老採空區二次變形壓實模擬實驗裝置的工作原理框圖。
[0009]圖2為本實用新型較佳實施方式提供的煤礦老採空區二次變形壓實模擬實驗裝置的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0010]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。
[0011]請一併參閱圖1及圖2，本實用新型較佳實施方式提供的煤礦老採空區二次變形壓實模擬實驗裝置包括缸體1、支架7、第一端蓋2、閥門3、液壓柱塞4、第二端蓋5、位移傳感器8、若干壓力傳感器(圖未示)、控制器(圖未示)、液壓泵(圖未示)。
[0012]1.取樣裝置
[0013]缸體I的一端安裝有第一端蓋2,缸體I的另一端安裝有液壓柱塞4,該第一端蓋2與該液壓柱塞4密封住該缸體I的兩端使該缸體I內部形成第一密封腔，該第一密封腔收容待模擬巖體，從而缸體1、第一端蓋2、液壓柱塞4共同構成取樣裝置,該第一密封腔就是該取樣裝置的載物區，該取樣裝置構成模型主體。缸體I安裝在支架7上，缸體I可呈圓柱型而能相對該支架7進行0-180度範圍內的旋轉。
[0014]2.注水裝置
[0015]閥門3安裝在第一端蓋2上以對該第一密封腔內注水，本實施方式中，閥門3採用快開式閥門，通過進水管與該第一密封腔內連通。安裝在第一端蓋2上的閥門3構成該注水裝置，該注水裝置通過缸體I的前端排放蓋(即第一端蓋2)中間的快開式閥門向進水管提供水。
[0016]3.壓式裝置
[0017]液壓柱塞4的一端收容在缸體I內且為封閉端，液壓柱塞4的另一端安裝有第二端蓋5，第二端蓋5密封該液壓柱塞4使該液壓柱塞4內部形成第二密封腔6，該第二密封腔6收容液壓油，該液壓泵電性連接該控制器並向該第二密封腔6內注液壓油以提供油壓。液壓柱塞4、第二端蓋5、該液壓泵構成壓式裝置。
[0018]4.位移監測裝置
[0019]位移傳感器8安裝在第二端蓋5背向該第二密封腔6的一側上且電性連接該控制器。位移傳感器8構成位移監測裝置，移監測裝置的數據通過該控制器控制位移傳感器8進行信息採集。
[0020]5.壓力檢測裝置
[0021]該若干壓力傳感器分布在該待模擬巖體上，該若干壓力傳感器的引線穿過第一端蓋2與該控制器電性連接。該若干壓力傳感器構成壓力檢測裝置，壓力檢測裝置的數據通過該控制器控制該若干壓力傳感器進行信息採集。[0022]6.信息採集裝置
[0023]該控制器是信息採集裝置的核心部件，裝樣、壓實、注水過程的數據採集由該控制器進行動態監測。可設置儀表箱通過串口通信與控制器連接。
[0024]本實用新型煤礦老採空區二次變形壓實模擬實驗裝置的操作流程如下。
[0025]1.打開缸體I的前端蓋(即第一端蓋2)裝樣，裝樣過程中根據設計位置一次放入巖樣(即該待模擬巖體)和壓力傳感器，裝樣程序結束後，安裝前端蓋。
[0026]2.使用液壓泵給缸體I的液壓活塞(即液壓柱塞4)內的液壓油缸(即該第二密封腔6)提供高壓液體，推動液壓活塞，對巖樣進行施壓。在試壓過程中通過位移監測系統監測巖體總壓縮位移變化，通過壓力監測系統監測巖體受力變化。
[0027]3.通過缸體I的前端蓋中間的注水孔(注水孔採用閥門3實現)向缸體I注入所需的水量，在注水過程中通過位移監測系統監測巖體總壓縮位移變化，通過壓力監測系統監測巖體受力變化。
[0028]4.通過控制施壓大小和注水量來模擬採空區冒落帶破碎巖體二次變形的環境。
[0029]5.從實驗開始到實驗結束，通過信息採集裝置對實驗數據進行動態採集。
[0030]通過模擬在荷載和充水條件下採空區冒落帶破碎巖體二次變形環境得出:不同荷載下冒落帶破碎巖體應力應變規律；同一荷載下變形穩定後，在不同注水量條件下破碎巖體應力應變規律。
[0031]缸體I為耐腐蝕、耐高壓材料製作，排放端蓋即第一端蓋2上安裝快開式閥門，快開式閥門可作壓力傳感器引線出孔，引出口可拆且密封，另一端裝有液壓柱塞4、液壓缸端蓋即第二端蓋5，液壓柱塞4和液壓缸端蓋之間有密封結構，液壓缸端蓋外有密封調節結構。液壓柱塞4內有液壓油腔即第二密封腔6。缸體I安裝於支架7上，可實現180度手動旋轉，定位。支架7通過螺絲固定到地面上。壓實裝置包括液壓泵站，向液壓柱塞4內的液壓油腔注油，提供油壓。注水通過排放端蓋前段上的快開式閥門進行注水。裝樣，壓實，注水過程的數據採集由信息採集裝置控制。
[0032]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，並不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其特徵在於:其包括缸體、支架、第一端蓋、閥門、液壓柱塞、第二端蓋、位移傳感器、若干壓力傳感器、控制器、液壓泵；該缸體安裝在該支架上，該缸體的一端安裝有該第一端蓋，該缸體的另一端安裝有該液壓柱塞，該第一端蓋與該液壓柱塞密封住該缸體的兩端使該缸體內部形成第一密封腔，該第一密封腔收容待模擬巖體，該若干壓力傳感器分布在該待模擬巖體上，該若干壓力傳感器的引線穿過該第一端蓋與該控制器電性連接，該閥門安裝在該第一端蓋上以對該第一密封腔內注水；該液壓柱塞的一端收容在該缸體內且為封閉端，該液壓柱塞的另一端安裝有該第二端蓋，該第二端蓋密封該液壓柱塞使該液壓柱塞內部形成第二密封腔，該第二密封腔收容液壓油，該液壓泵電性連接該控制器並向該第二密封腔內注液壓油以提供油壓，該位移傳感器安裝在該第二端蓋背向該第二密封腔的一側上且電性連接該控制器。
2.如權利要求1所述的煤礦老採空區冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其特徵在於:該缸體呈圓柱型而能相對該支架0-180度旋轉。
【文檔編號】G01N3/12GK203705269SQ201320783166
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年12月2日 優先權日:2013年12月2日
【發明者】徐良驥, 朱楠, 郭輝, 吳鴻濤 申請人:安徽理工大學