專利名稱：巷幫充填體承載性能的原位測試系統(tǒng)及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工程巖土體承載性能的測試技術(shù)，尤其是巷幫充填體承載性能的原位測試技術(shù)。
背景技術(shù)：
沿空留巷技術(shù)一直是我國煤炭開采的重要技術(shù)發(fā)展方向，它對提高煤炭資源回收率、降低巷道掘進(jìn)率、緩解采掘接替矛盾和實現(xiàn)礦井安全高效開采有顯著效果。近年來，隨著國家對礦山環(huán)境的越發(fā)重視，煤礦綠色開采技術(shù)得到了大力推廣，而沿空留巷技術(shù)也普遍開始采用巷幫充填方式進(jìn)行護(hù)巷，目前常用的充填材料主要包括:混凝土、料石、矸石、膏體、高水等，這些材料的物理力學(xué)性能與沿空留巷的效果密切相關(guān)。巷幫充填體的強(qiáng)度、變形模量等物理力學(xué)參數(shù)的獲取對留巷設(shè)計具有直接的指導(dǎo)作用，但目前的充填體承載性能測試都局限于實驗室內(nèi)進(jìn)行，通常是制作成小尺度試件在壓力試驗機(jī)上完成測試。這樣不可避免的帶來了兩個方面的問題:(1)實驗室內(nèi)制作的試件尺寸與現(xiàn)場相比，不僅在平面上尺度偏小，而且高度也有一定差異，也很難考慮到充填材料間的接觸情況，這樣測試的結(jié)果不能準(zhǔn)確反映出現(xiàn)場充填墻體的真實承載性能；(2)現(xiàn)場中巷幫充填體是堆砌在巷道底板上的，對頂板的支護(hù)作用是由“充填體-底板”系統(tǒng)共同承擔(dān)，而在實驗室內(nèi)很難實現(xiàn)這種系統(tǒng)的測試。因此，進(jìn)行井下原位測試是一種準(zhǔn)確、快速獲取沿空留巷充填體承載性能的有效方法，該方法至今尚未有相關(guān)文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下沿空留巷充填體承載性能的原位測試系統(tǒng)。本發(fā)明同時提供利用這種測試系統(tǒng)對井下沿空留巷充填體承載性能進(jìn)行測試的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明測試系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:一種巷幫充填體承載性能的原位測試系統(tǒng)，其特征在于，它由加載控制系統(tǒng)、壓力支撐系統(tǒng)和位移測量系統(tǒng)組成，其中:所述的加載系統(tǒng)是由乳化液泵站、加載控制箱和單體液壓支柱連接組成；加載控制箱是一個帶有進(jìn)液口和出液口的高壓油箱；進(jìn)液口通過進(jìn)液閥門與乳化液泵站接通，出液口與單體液壓支柱的高壓管路接通；高壓油箱上連接一個反映出單體液壓支柱支撐力的測壓表；所述的壓力支撐系統(tǒng)包括頂梁和承壓板；要求承壓板的厚度不小于20_，承壓板的長度大于充填體上表面的長度，在承壓板上表面均勻焊接有柱窩；所述的位移測量系統(tǒng)依次由墊塊、安放在墊塊上的底座和電子游標(biāo)卡尺構(gòu)成；底座是一個帶有凹槽的方形木塊；電子游標(biāo)卡尺豎直插入在底座凹槽內(nèi)。為了使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確，所述的單體液壓支柱優(yōu)選6-9根，這時，高壓油箱的出液口也相應(yīng)為6-9個。本發(fā)明測試系統(tǒng)的測試方法是:包括以下步驟:第一步:清理巷幫充填的巷道，按常規(guī)方法堆砌充填體，充填堆砌到離巷道頂板的足以安放單體液壓支柱的高度時，在充填體上表面安放承壓板；承壓板伸出充填體側(cè)向后處于懸臂狀態(tài)；第二步:在懸臂下面的巷道底板上依次布置墊塊和帶有凹槽的底座；將電子游標(biāo)卡尺豎直插入到底座凹槽內(nèi)，使電子游標(biāo)卡尺的移動外量爪頂在承壓板懸臂處；第三步:將單體液壓支柱安放到承壓板上的柱窩內(nèi)，當(dāng)單體液壓支柱垂直擺正后，在單體液壓支柱與巷道頂板之間安放上頂梁；同時將乳化液泵站、加載控制箱、單體液壓支柱三者通過高壓管路相連接；第四步:開啟加載控制箱上的進(jìn)液閥門，使單體液壓支柱托頂梁緩慢升起，當(dāng)頂梁與巷道頂板剛好接觸時，關(guān)閉閥門，記錄下電子游標(biāo)卡尺的初始讀數(shù)；然后重新開啟加載控制箱上的閥門，使單體液壓支柱通過承壓板向充填體施加壓力，在施壓過程中，游標(biāo)卡尺每移動一定的距離，記錄相應(yīng)的壓力表壓力值；通過壓力值和移動值換算出加載過程中不同時刻的充填體應(yīng)力值O及應(yīng)變值e ;應(yīng)力換算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種巷幫充填體承載性能的原位測試系統(tǒng)，其特征在于，它由加載控制系統(tǒng)、壓力支撐系統(tǒng)和位移測量系統(tǒng)組成，其中: 所述的加載系統(tǒng)是由乳化液泵站、加載控制箱和單體液壓支柱連接組成；加載控制箱是一個帶有進(jìn)液口和出液口的高壓油箱；進(jìn)液口通過進(jìn)液閥門與乳化液泵站接通，出液口與單體液壓支柱的高壓管路接通；高壓油箱上連接一個反映出單體液壓支柱支撐力的測壓表; 所述的壓力支撐系統(tǒng)包括頂梁和承壓板；要求承壓板的厚度不小于20mm，承壓板的長度大于充填體上表面的長度，在承壓板上表面均勻焊接有柱窩； 所述的位移測量系統(tǒng)依次由墊塊、安放在墊塊上的底座和電子游標(biāo)卡尺構(gòu)成；底座是一個帶有凹槽的方形木塊；電子游標(biāo)卡尺豎直插入在底座凹槽內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的原位測試系統(tǒng)，其特征在于，所述的單體液壓支柱為6-9根，高壓油箱的出液口也相應(yīng)為6-9個。
3.如權(quán)利要求1或2所述的原位測試系統(tǒng)的測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 第一步:清理巷幫充填的巷道，按常規(guī)方法堆砌充填體，充填堆砌到離巷道頂板的足以安放單體液壓支柱的高度時，在充填體上表面安放承壓板；承壓板伸出充填體側(cè)向后處于懸臂狀態(tài)； 第二步:在懸臂下面的巷道底板上依次布置墊塊和帶有凹槽的底座；將電子游標(biāo)卡尺豎直插入到底座凹槽內(nèi)，使電子游標(biāo)卡尺的移動外量爪頂在承壓板懸臂處； 第三步:將單體液壓支柱安放到承壓板上的柱窩內(nèi)，當(dāng)單體液壓支柱垂直擺正后，在單體液壓支柱與巷道頂板之間安放上頂梁；同時將乳化液泵站、加載控制箱、單體液壓支柱三者通過高壓管路相連接；第四步:開啟加載控制箱上的進(jìn)液閥門，使單體液壓支柱托頂梁緩慢升起，當(dāng)頂梁與巷道頂板剛好接觸時，關(guān)閉閥門，記錄下電子游標(biāo)卡尺的初始讀數(shù)；然后重新開啟加載控制箱上的閥門，使單體液壓支柱通過承壓板向充填體施加壓力，在施壓過程中，游標(biāo)卡尺每移動一定的距離，記錄相應(yīng)的壓力表壓力值； 通過壓力值和移動值換算出加載過程中不同時刻的充填體應(yīng)力值O及應(yīng)變值e ； 應(yīng)力換算公式如下:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種巷幫充填體承載性能的原位測試系統(tǒng)及其測試方法，它由加載控制系統(tǒng)、壓力支撐系統(tǒng)和位移測量系統(tǒng)組成；利用加載控制系統(tǒng)對壓力支撐系統(tǒng)進(jìn)行施壓，在施壓過程中，位移測量系統(tǒng)的游標(biāo)卡尺每移動一定的距離，記錄相應(yīng)的壓力表壓力值；通過壓力值和移動值換算出加載過程中不同時刻的充填體應(yīng)力值及應(yīng)變值；根據(jù)應(yīng)力值及應(yīng)變值做出加載過程中充填體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，從而確定出巷幫充填體的抗壓強(qiáng)度和變形模量等承載性能參數(shù)。本發(fā)明從根本上消除現(xiàn)有的實驗室內(nèi)測試中的尺寸效應(yīng)、試驗環(huán)境等帶來的影響，更能夠真實的反映出充填體的工程力學(xué)特性。
文檔編號G01N3/10GK103115821SQ20131001651
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者趙同彬, 劉長雷, 譚云亮, 馬成甫, 劉鵬程 申請人:山東科技大學(xué)