煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及煤礦領(lǐng)域，特別是一種煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]層狀結(jié)構(gòu)頂板是煤礦巷道頂板的主要結(jié)構(gòu)形式，目前我國大型煤礦集團經(jīng)常發(fā)生煤巷冒頂事故，因此對層狀頂板的穩(wěn)定性進行研究是必要的。關(guān)于層狀頂板穩(wěn)定型的研究主要采用彈塑性力學理論和數(shù)值分析的方法進行研究，尚存在于理論階段，由于煤礦現(xiàn)在條件的極其復(fù)雜性和環(huán)境不確定性，在現(xiàn)場對層狀頂板的穩(wěn)定性進行研究存在一定的局限性，且無法定性進行準確的研究。
[0003]層狀結(jié)構(gòu)頂板的失穩(wěn)模式主要分為四大類:不失穩(wěn)頂板、中等失穩(wěn)頂板、易失穩(wěn)頂板和極易失穩(wěn)頂板，理論分析研究中得出影響頂板失穩(wěn)模式的主要因素包括圍巖應(yīng)力、頂板各層位厚度、頂板各層位物理力學性質(zhì)、巷道斷面的大小和巖層傾角等因素，目前關(guān)于各因素對頂板穩(wěn)定性的影響程度及基于影響因素的煤巷頂板穩(wěn)定性分類的研究較少。因此在實驗室如果能開發(fā)出一種可以實時仿真煤巷頂板穩(wěn)定性的實驗平臺，研究各影響因素對頂板穩(wěn)定性的影響程度大小，得出不同組合方式時失穩(wěn)模式的類型，并總結(jié)出四種失穩(wěn)模式可能的巖層組合方案是勢在必行的，這對于煤巷頂板穩(wěn)定性的研究、確定煤巷頂板失穩(wěn)前兆信息、預(yù)防煤巷冒頂事故，以便及時采取有效的加固方案是有重大意義的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述情況，為解決現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本實用新型之目的就是提供一種煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，可有效解決頂板失穩(wěn)模式的仿真模擬，探究頂板失穩(wěn)的影響因素，確保頂板安全穩(wěn)定的問題。
[0005]本實用新型解決的技術(shù)方案是，包括模型箱、加壓裝置和支架臺，支架臺由四條支腿通過底部四邊形平板澆注固定在地面上，四條支腿支撐起實驗平臺，實驗平臺上裝有一四邊形凹槽，模型箱緊夾在凹槽內(nèi)，模型箱包括龍門框架、前后擋板和底部擋板，三個擋板均可以拆卸，加壓裝置固定在龍門框架的上部。
[0006]本實用新型結(jié)構(gòu)新穎合理，可以在模型箱內(nèi)模擬仿真煤巷頂板的不同失穩(wěn)模式，研究各因素對失穩(wěn)模式的影響程度，確定頂板失穩(wěn)前兆信息指標，對于預(yù)防頂板冒頂提供很大的幫助。
【附圖說明】
[0007]圖1為本實用新型的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]圖2為本實用新型的底部結(jié)構(gòu)圖。
[0009]圖3為本實用新型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0011]由圖1-3給出，本實用新型包括模型箱、加壓裝置和支架臺，支架臺由四條支腿6通過底部四邊形平板澆注固定在地面上，四條支腿6支撐起實驗平臺5，實驗平臺5上裝有一四邊形凹槽4，模型箱緊夾在凹槽4內(nèi)，模型箱包括龍門框架1、前后擋板3和底部擋板7，三個擋板均可以拆卸，加壓裝置2固定在龍門框架I的上部。
[0012]所述的實驗平臺內(nèi)的凹槽4是矩形的，由方鋼焊接圍接而成，凹槽4尺寸是2400 X 1200mm,中心處有2000 X 100mm的矩形孔。
[0013]所述的模型箱底部的尺寸是2400 X 1200mm，底部中心處有2000 X 100mm的矩形孔，模型箱前后擋板3是透明的玻璃鋼平板，用螺栓固定前后擋板時，螺母和擋板之間一定要加墊片，底部擋板7用螺栓固定在實驗平臺上。
[0014]所述的加壓裝置2中有3排8列共24個油缸，圓柱形油缸下部連接有矩形平板，油缸通過連接油管與地面上的加壓油泵相連。
[0015]為了達到使用效果，支架臺的支腿6通過平板與地面連接之前，必須在地面上開挖一個基礎(chǔ)坑，然后向坑內(nèi)澆注混凝土，等混凝土干燥后方可向平板貫穿螺栓固定在混凝土上，這樣做的目的是防止由于加壓系統(tǒng)的加壓導(dǎo)致支架臺不穩(wěn)定，模型箱產(chǎn)生晃動，引起不安全的事故；模型箱在固定前后擋板的時候，可用長角鋼當墊片，角鋼一端放在擋板的左邊、另一端放在擋板的右邊，用螺栓穿過擋板和角鋼固定緊，這樣可以防止透明的玻璃鋼擋板由于受到加壓裝置的壓力而膨脹變形；在向模型箱內(nèi)填裝配比的混凝土材料時，可事先先模型箱的框架上涂抹黃油，防止實驗結(jié)束拆卸混凝土材料過程中，混凝土材料粘接在框架之上。
[0016]本實用新型的工作原理如下。
[0017]目前預(yù)防層狀煤巷頂板冒頂事故的重要措施，應(yīng)對層狀結(jié)構(gòu)頂板穩(wěn)定性影響因素進行定性研究，受困于現(xiàn)場條件的限制，對失穩(wěn)模式的研究尚只能存在于理論分析和數(shù)值分析過程中。本實用新型可以在實驗室實時仿真煤巷層狀頂板的情況，通過改變制作模型的圍巖應(yīng)力、頂板各層位厚度、頂板各層位物理力學性質(zhì)和巖層傾角等條件，來模擬不同頂板的不同失穩(wěn)模式。通過透明的玻璃鋼擋板，觀察不同失穩(wěn)模式時各模型的變化情況，以及各因素的定量值大小，總結(jié)各因素對不同失穩(wěn)模式的影響程度和不同失穩(wěn)模式各因素可能的組合情況，最終結(jié)合實驗過程結(jié)合理論分析和數(shù)值分析，預(yù)測頂板失穩(wěn)前兆的各因素指標。根據(jù)實驗得出的失穩(wěn)前兆信息指標，通過觀察實測煤礦巷道現(xiàn)場的各因素，當各因素達到失穩(wěn)前兆指標時，積極采取主動支護加固的方式，避免煤巷產(chǎn)生冒頂事故，危害人身安全。
[0018]本實用新型的工作過程如下。
[0019]首先開挖基礎(chǔ)坑、澆灌混凝土，將支架臺用螺栓固定在地面上，模型箱緊夾在實驗平臺的凹槽內(nèi)，確保不晃動，上緊底部擋板。其次確定實驗方案，確定想要模擬的頂板四種失穩(wěn)模式的類型，按照模型要求，配比混凝土材料，混凝土材料是根據(jù)相應(yīng)失穩(wěn)模式對應(yīng)的巖層自身力學性質(zhì)確定的；材料配比好后，將混凝土材料一層層鋪在模型箱內(nèi)，鋪設(shè)的巖層厚度和傾角應(yīng)與所要模擬仿真的失穩(wěn)模式類型要求的相一致。然后卸掉模型箱的底部擋板，上緊前后擋板，開始給模型施加緩慢的壓力。加壓裝置施加壓力的過程中，壓力一定要與相應(yīng)失穩(wěn)模式要求的壓力相一致，并通過透明擋板實時觀察模型的層理變化，并記錄模型的各層位的厚度和傾角的變化，當達到要求的失穩(wěn)模式時，停止加壓。對比分析不同失穩(wěn)模式狀況下各因素的變化情況，得到析各因素對失穩(wěn)模式的影響程度。
[0020]本實用新型結(jié)構(gòu)裝置新穎合理，是在根據(jù)現(xiàn)場頂板失穩(wěn)現(xiàn)象模擬出來的煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，它可以直觀系統(tǒng)的仿真煤礦層狀頂板的四類失穩(wěn)模式，又能觀察每種失穩(wěn)模式所對應(yīng)的各因素的情況，并預(yù)測出極易失穩(wěn)頂板的失穩(wěn)前兆的各信息指標，應(yīng)用于煤礦現(xiàn)場，可以準確確定煤巷層狀頂板發(fā)生冒頂?shù)臅r機，以及時采取主動支護的方式進行加固，這對于預(yù)防煤巷冒頂事故和煤礦安全生產(chǎn)有重大的意義。
【主權(quán)項】
1.一種煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，包括模型箱、加壓裝置和支架臺，其特征在于，所述的支架臺由四條支腿(6)通過底部四邊形平板澆注固定在地面上，四條支腿(6)支撐起實驗平臺(5)，實驗平臺(5)上裝有一四邊形凹槽(4)，模型箱緊夾在凹槽(4)內(nèi)，模型箱包括龍門框架(I)、前后擋板(3)和底部擋板(7)，三個擋板均可以拆卸，加壓裝置(2)固定在龍門框架(I)的上部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的實驗平臺內(nèi)的凹槽(4)是矩形的，由方鋼焊接圍接而成，凹槽(4)尺寸是2400 X 1200mm,中心處有2000 X 100mm的矩形孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的模型箱底部的尺寸是2400 X 1200mm,底部中心處有2000 X 100mm的矩形孔，模型箱前后擋板(3)是透明的玻璃鋼平板，用螺栓固定前后擋板時，螺母和擋板之間一定要加墊片，底部擋板(7)用螺栓固定在實驗平臺上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，其特征在于，所述的加壓裝置(2)中有3排8列共24個油缸，圓柱形油缸下部連接有矩形平板，油缸通過連接油管與地面上的加壓油泵相連。
【專利摘要】本實用新型涉及煤礦巷道層狀頂板失穩(wěn)模式仿真綜合實驗裝置，可有效解決頂板失穩(wěn)模式的仿真模擬，確保頂板安全穩(wěn)定的問題，其解決的技術(shù)方案是，包括模型箱、加壓裝置和支架臺，支架臺由四條支腿通過底部四邊形平板澆注固定在地面上，四條支腿支撐起實驗平臺，實驗平臺上裝有一四邊形凹槽，模型箱緊夾在凹槽內(nèi)，模型箱包括龍門框架、前后擋板和底部擋板，三個擋板均可以拆卸，加壓裝置固定在龍門框架的上部，本實用新型可以在模型箱內(nèi)模擬仿真煤巷頂板的不同失穩(wěn)模式，研究各因素對失穩(wěn)模式的影響程度，確定頂板失穩(wěn)前兆信息指標，對于預(yù)防頂板冒頂提供很大的幫助。
【IPC分類】G01N3-08
【公開號】CN204346833
【申請?zhí)枴緾N201520019600
【發(fā)明人】張榮花, 王昆, 李國甚, 王修峰, 樊克松
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月13日