一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于煤礦工作面底板破壞模擬試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法，先制備測試巖體，再對礦井工作面底板采動破壞模擬試驗測試，試驗進行過程中進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集，并測試巖體裂隙發(fā)育進行監(jiān)測，監(jiān)測巖樣裂隙發(fā)育深度及賦存特征；最后以測試巖體的力學性質(zhì)為基礎(chǔ)，進行采動破壞數(shù)值模擬分析，計算采動底板應(yīng)力分布特征，分析采動底板彈塑性分區(qū)，并與模擬試驗采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行對比，分析采動底板破壞機理；其使用的裝置結(jié)構(gòu)簡單，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確，試驗方法簡單，操作方便，解決了現(xiàn)有的礦井工作面采動破壞底板突水問題。
【專利說明】 一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于煤礦工作面底板破壞模擬試驗【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法。

【背景技術(shù)】
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[0002]目前，隨著煤層開采不斷加深，地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)日趨復(fù)雜，礦山壓力和采動應(yīng)力對底板的破壞深度不斷加大，開采下組煤時遇到的薄隔水層、高承壓含水層采動突水問題越來越成為礦井水害主要威脅，我國在底板突水規(guī)律研究方面起始于60年代，當時注意到匈牙利底板相對隔水層理論在實踐中的應(yīng)用，在焦作礦區(qū)水文地質(zhì)大會戰(zhàn)中，以煤科總院西安勘探分院為代表，提出了采用突水系數(shù)作為預(yù)測預(yù)報底板突水與否的標準；在80年代初，由山東科技大學荊自剛在實踐中提出“下三帶”的理論觀點，并由以李白英為代表的一批科研人員在實踐中進行應(yīng)用和發(fā)展；煤科總院北京開采所王作宇、劉鴻泉等人于上世紀90年代初提出原位張裂與零位破壞理論，煤科總院北京開采所劉天泉院士，張金才等于上世紀90年代提出了底板巖體“兩帶”的模型，中科院地質(zhì)所提出于上世紀90年代提出“強滲通道”說；煤科院西安分院于上世紀90年代提出巖水應(yīng)力關(guān)系”說。中國礦業(yè)大學錢鳴高院士、黎梁杰根據(jù)底板巖層的層狀結(jié)構(gòu)特征，于上世紀90年代中期建立了采場底板巖體的關(guān)鍵層理論。本世紀初由山東科技大學施龍青、宋振騏院士提出為開采煤層底板“下四帶”理論的模型。上述底板突水及底板破壞研究主要以力學理論計算和數(shù)值軟件模擬為主，而底板破壞深度探測以物探探測、鉆孔注水及超聲波探測為主。采場圍巖運動中的頂板裂隙發(fā)育、運動可以利用室內(nèi)相似模擬進行試驗，但沒有對采場底板破壞進行模擬試驗；同時，目前煤層開采均為大型綜采設(shè)備往返刀割落煤，冒落帶巖石重新壓實采空區(qū)底板，對這些開采技術(shù)條件也沒用相似的模擬方法。因此，結(jié)合目前煤礦開采技術(shù)現(xiàn)狀，開發(fā)一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置及方法，能夠?qū)Φ装迨艿降牟蓜悠茐男袨檫M行試驗?zāi)M，結(jié)合巖石力學試驗、損傷-斷裂力學理論、數(shù)值模擬計算等手段，揭示底板采動破壞機理，解決目前受采動破壞底板突水難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點，尋求設(shè)計提供一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法，開發(fā)礦井工作面底板采動破壞模擬試驗平臺。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置對礦井工作面底板采動破壞進行模擬試驗，包括測試巖體的制備、礦井工作面底板采動底板破壞模擬試驗測試和礦井工作面采動底板破壞機理分析三個步驟，具體工藝過程為:
[0005](I)、測試巖體的制備:測試巖體有兩種，一種為在礦井工作面巷道掘進時采集到的礦井工作面底板巖石，制備時礦井工作面底板巖石的平面要滿足現(xiàn)有技術(shù)中巖石力學試驗所規(guī)定的標準；另一種為與礦井工作面底板巖石相似模擬材料制備的工作面底板，其制備材料配比以礦井工作面底板巖石力學試驗參數(shù)為指導(dǎo)，巖石力學參數(shù)包括抗拉強度(MPa)、抗壓強度(MPa)、抗剪強度(MPa)、內(nèi)聚力(MPa)、內(nèi)摩擦角(° )、體積模量(GPa)、剪切模量(GPa)、泊松比、尺寸(m)、密度(kg/m_3);制備的測試巖體的長為55cm，寬為55cm，高為20cm，測試巖體采用工作面底板巖石巖樣時，其平面要采用現(xiàn)有技術(shù)進行平整性測量；
[0006](2)、礦井工作面底板采動破壞模擬試驗測試:先通過側(cè)向固定板和側(cè)向加載固定器將測試巖體固定在平臺底座上，同時加載側(cè)向應(yīng)力；再將主液壓伺服加載器和頂部加載體下降并與測試巖體接觸，加載垂直應(yīng)力，加載時間為I?2天，測試巖體周圍應(yīng)力穩(wěn)定后，調(diào)整液壓伺服卸載加載器，開啟液壓伺服卸載加載器卸壓模式，加載與卸載壓力相同的垂直應(yīng)力應(yīng)力后開啟重新加載模式，用以模擬煤層開采底板卸壓和冒落帶巖石壓實的開采技術(shù)條件；試驗進行過程中，開啟應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集；然后利用外部的現(xiàn)有聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，對試驗過程中的測試巖體裂隙發(fā)育進行監(jiān)測；試驗完成后，利用外部的現(xiàn)有超聲波探測裝置對破壞后的測試巖體進行探測，監(jiān)測巖樣裂隙發(fā)育深度及賦存特征；
[0007](3)采動底板破壞機理分析:以測試巖體的力學性質(zhì)為基礎(chǔ),進行采動破壞數(shù)值模擬分析，計算采動底板應(yīng)力分布特征，分析采動底板彈塑性分區(qū)，并與模擬試驗采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行對比；分析采動底板破壞機理，同時對采動底板破壞深度進行研究，以解決底板薄隔水層、高承壓含水層采動突水難題。
[0008]本發(fā)明涉及的礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置的主體結(jié)構(gòu)包括主液壓伺服加載器、頂部加載體、液壓伺服卸載加載器、卸載加載板、側(cè)向固定板、側(cè)向加載固定器、平臺底座、液壓管路、頂部液壓管路、應(yīng)力監(jiān)測點、應(yīng)力采集系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、可拆卸側(cè)邊和測試巖體；平臺底座兩端對稱式固定制有側(cè)向加載固定器，用以模擬側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力對地層的加載作用；側(cè)向加載固定器與側(cè)向固定板固定連接，側(cè)向加載固定器工作時，側(cè)向固定板與測試巖體接觸加載；側(cè)向加載固定器通過側(cè)向固定板將測試巖體固定在平臺底座上；測試巖體同一深度水平方向以每米兩個的分布密度均勻分布制有應(yīng)力監(jiān)測點，應(yīng)力監(jiān)測點采用應(yīng)力應(yīng)變片式傳感器，采集底板應(yīng)力分布特征；應(yīng)力監(jiān)測點與應(yīng)力采集系統(tǒng)連接，應(yīng)力采集系統(tǒng)自動采集測試巖體的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；測試巖體的上端固定安裝制有卸載加載板，卸載加載板兩側(cè)分布安裝制有可拆卸側(cè)邊，可拆卸側(cè)邊在模擬試驗中傳遞的應(yīng)力是破壞底板的主要原因；頂部加載體和卸載加載板之間設(shè)有液壓伺服卸載加載器，液壓伺服卸載加載器由一組卸載加載器組成，卸載加載器的數(shù)量與卸載加載板的數(shù)量一致，并牢固連接，液壓伺服卸載加載器模擬工作面煤層采出后對工作面底板的卸壓作用，也模擬工作面頂板老空區(qū)內(nèi)直接頂冒落后重新對底板進行恢復(fù)加載作用；頂部加載體上部安裝制有主液壓伺服加載器，主液壓伺服加載器通過加載壓力模擬垂直地應(yīng)力，對試驗初始階段的總盈利加載，在工作面采動液壓伺服卸載加載器卸壓時，主液壓伺服加載器仍保持原來狀態(tài)，使總體壓力一直存在；主液壓伺服加載器與頂部液壓管路連通；作為整個裝置動力源和動力控制系統(tǒng)的液壓控制伺服系統(tǒng)分別與主液壓伺服加載器、液壓伺服卸載加載器和側(cè)向加載固定器連接。
[0009]本發(fā)明所述數(shù)值模擬分析采用現(xiàn)有的FLAC-3D(Three Dimens1nal FastLagrangian Analysis of Continua)軟件，F(xiàn)LAC-3D是美國 Itasca Consulting Group Inc開發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序，能較好地模擬地質(zhì)材料在達到強度極限或屈服極限時發(fā)生的破壞或塑性流動的力學行為，特別適用于分析漸進破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形。
[0010]本發(fā)明所述底板破壞機理是利用巖層底板采用應(yīng)力分布特征、破壞特征，分析底板在采動影響下的破壞規(guī)律，即通過構(gòu)建底板巖層本構(gòu)模型，建立破壞強度準則，分析底板巖層應(yīng)力?應(yīng)變關(guān)系，得到底板破壞后的彈塑性分布區(qū)域，底板破壞的發(fā)育深度、底板破壞與開采工藝、工作面尺寸、工作面標高、推采速度、頂?shù)装鍘r性等開采參數(shù)的相關(guān)性，并推導(dǎo)底板破壞深度的數(shù)值計算公式、簡化公式。
[0011]本發(fā)明利用損傷-斷裂力學理論，按照“模擬試驗-數(shù)值模擬-理論分析”指導(dǎo)路線，分析礦井工作面底板采動裂隙發(fā)育規(guī)律，揭示目前礦井遇到的煤層底板薄隔水層高承壓含水層突水機理，研究采動底板破壞機理關(guān)鍵技術(shù)。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點:一是按照“模擬試驗-數(shù)值模擬-理論分析”指導(dǎo)路線，分析礦井工作面底板采動裂隙發(fā)育規(guī)律，揭示目前礦井遇到的煤層底板薄隔水層高承壓含水層突水機理，研究采動底板破壞機理關(guān)鍵技術(shù)；二是設(shè)計嚴謹，動力控制系統(tǒng)采用液壓伺服裝置，裂隙發(fā)育采用聲發(fā)射裝置，裂隙探測采用超聲波探測裝置，通過綜合手段，提高了對采動底板破壞裂隙發(fā)育的研究精度，煤礦底板水害防治具有普遍指導(dǎo)意義；其使用的裝置結(jié)構(gòu)簡單，監(jiān)測數(shù)據(jù)準確，試驗方法簡單，操作方便，解決了現(xiàn)有的礦井工作面采動破壞底板突水問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
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[0013]圖1為本發(fā)明涉及的礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置主體結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明涉及的礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置主體結(jié)構(gòu)三維側(cè)視圖。

【具體實施方式】
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[0015]下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0016]實施例:
[0017]本實施例采用礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置對礦井工作面底板采動破壞進行模擬試驗，包括測試巖體114的制備、礦井工作面底板采動底板破壞模擬試驗測試和礦井工作面采動底板破壞機理分析三個步驟，具體工藝過程為:
[0018](I)、測試巖體114的制備:測試巖體114有兩種，一種為在礦井工作面巷道掘進時采集到的礦井工作面底板巖石，制備時礦井工作面底板巖石的平面要滿足現(xiàn)有技術(shù)中巖石力學試驗所規(guī)定的標準；另一種為與礦井工作面底板巖石相似模擬材料制備的工作面底板，其制備材料配比以礦井工作面底板巖石力學試驗參數(shù)為指導(dǎo)，巖石力學參數(shù)包括抗拉強度(MPa)、抗壓強度(MPa)、抗剪強度(MPa)、內(nèi)聚力(MPa)、內(nèi)摩擦角(° )、體積模量(GPa)、剪切模量(GPa)、泊松比、尺寸(m)、密度(kg/m_3);制備的測試巖體114的長為55cm，寬為55cm,高為20cm,測試巖體114米用工作面底板巖石巖樣時,其平面要米用現(xiàn)有技術(shù)進行進行平整性測量；
[0019](2)、礦井工作面底板采動破壞模擬試驗測試:先通過側(cè)向固定板105和側(cè)向加載固定器106將測試巖體114固定在平臺底座107上，同時加載側(cè)向應(yīng)力；再將主液壓伺服加載器101和頂部加載體102下降并與測試巖體114接觸,加載垂向應(yīng)力,加載時間為I?2天，測試巖體周圍應(yīng)力穩(wěn)定后，調(diào)整液壓伺服卸載加載器103，開啟液壓伺服卸載加載器103卸壓模式，加載與卸載應(yīng)力相同的垂直應(yīng)力后開啟重新加載模式，用以模擬煤層開采底板卸壓和冒落帶巖石壓實的開采技術(shù)條件；試驗進行過程中，開啟應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)111，進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集；然后利用外部的現(xiàn)有聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，對試驗過程中的測試巖體114裂隙發(fā)育進行監(jiān)測；試驗完成后，利用外部的現(xiàn)有超聲波探測裝置對破壞后的測試巖體114進行探測，監(jiān)測巖樣裂隙發(fā)育深度及賦存特征；
[0020](3)采動底板破壞機理分析:以測試巖體114的力學性質(zhì)為基礎(chǔ)，進行采動破壞數(shù)值模擬試驗，計算采動底板應(yīng)力分布特征，分析采動底板彈塑性分區(qū)，并與模擬試驗采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行對比；分析采動底板破壞機理，同時對采動底板破壞深度進行研究，以解決底板薄隔水層、高承壓含水層采動突水難題。
[0021]本實施例涉及的礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置包括主液壓伺服加載器101、頂部加載體102、液壓伺服卸載加載器103、卸載加載板104、側(cè)向固定板105、側(cè)向加載固定器106、平臺底座107、液壓管路108、頂部液壓管路109、應(yīng)力監(jiān)測點110、應(yīng)力采集系統(tǒng)111、液壓伺服控制系統(tǒng)112、可拆卸側(cè)邊113和測試巖體114 ;平臺底座107兩端對稱式固定制有側(cè)向加載固定器106,用以模擬側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力對地層的加載作用；側(cè)向加載固定器106與側(cè)向固定板105固定連接,側(cè)向加載固定器106工作時,側(cè)向固定板105與測試巖體114接觸加載；側(cè)向加載固定器106通過側(cè)向固定板105將測試巖體114固定在平臺底座107上；測試巖體114同一深度水平方向以每米兩個的分布密度均勻分布制有應(yīng)力監(jiān)測點110，應(yīng)力監(jiān)測點110為應(yīng)力應(yīng)變片式傳感器，采集底板應(yīng)力分布特征；應(yīng)力監(jiān)測點110與應(yīng)力采集系統(tǒng)111連接，應(yīng)力采集系統(tǒng)111自動采集測試巖體114的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；測試巖體114的上端固定安裝制有卸載加載板104,卸載加載板104兩側(cè)分布安裝制有可拆卸側(cè)邊113，可拆卸側(cè)邊113在模擬試驗中傳遞的應(yīng)力是破壞底板的主要原因；頂部加載體102和卸載加載板104之間設(shè)有液壓伺服卸載加載器103，液壓伺服卸載加載器103由一組卸載加載器組成，卸載加載器的數(shù)量與卸載加載板104的數(shù)量一致，并牢固連接，液壓伺服卸載加載器103模擬工作面煤層采出后對工作面底板的卸壓作用，也模擬工作面頂板老空區(qū)內(nèi)直接頂冒落后重新對底板進行恢復(fù)加載作用；頂部加載體102上部安裝制有主液壓伺服加載器101，主液壓伺服加載器101通過加載壓力模擬垂直地應(yīng)力，對試驗初始階段的總盈利加載，在工作面采動液壓伺服卸載加載器103卸壓時，主液壓伺服加載器101仍保持原來狀態(tài)，使總體壓力一直存在；主液壓伺服加載器101與頂部液壓管路109連通；作為整個裝置動力源和動力控制系統(tǒng)的液壓控制伺服系統(tǒng)112分別與主液壓伺服加載器101、液壓伺服卸載加載器103和側(cè)向加載固定器106連接。
[0022]本實施例所述數(shù)值模擬分析采用現(xiàn)有的FLAC_3D(Three Dimens1nal FastLagrangian Analysis of Continua)軟件，F(xiàn)LAC-3D是美國 Itasca Consulting Group Inc開發(fā)的三維快速拉格朗日分析程序，能較好地模擬地質(zhì)材料在達到強度極限或屈服極限時發(fā)生的破壞或塑性流動的力學行為，特別適用于分析漸進破壞和失穩(wěn)以及模擬大變形；根據(jù)井田內(nèi)鉆孔資料(鉆孔揭露地層厚度、巖性、標高、抽水試驗資料等)，并結(jié)合巖石力學試驗資料，采用其巖石力學參數(shù)；數(shù)值模擬模型的建立需要確定開采煤層、周圍覆巖的標高、抗拉強度(MPa)、抗剪強度(MPa)、內(nèi)聚力(MPa)、內(nèi)摩擦角(° )、體積模量(GPa)、剪切模量(GPa)、泊松比、尺寸(m)、密度(kg/m_3)，具體建模過程為:水平取400m，垂直取150m，由于是模擬下組煤層，加自重260m，工作面推進速度為Sm/天，根據(jù)模擬結(jié)果進行分析，隨著工作面的推進，底板有以下變化規(guī)律:
[0023](I)當工作面推進20m時，底板開始受到擾動，出現(xiàn)拉應(yīng)力破壞，主要為拉剪力破壞，底板破壞深度為6m。由于支撐壓力作用煤壁兩端開始出現(xiàn)應(yīng)力集中，最容易發(fā)生破壞，最大主應(yīng)力值為_8MPa，形態(tài)為拱形，應(yīng)力值由切眼處向外增大，說明越靠近工作面，巖層受壓狀態(tài)越明顯；
[0024](2)工作面開采至60m時，底板巖層最大主應(yīng)力影響范圍擴大，但其形態(tài)沒有改變，主應(yīng)力值最大為-8.8MPa，底板破壞主要為剪切破壞，底板破壞深度為20m。
[0025](3)工作面開采至10m時,底板最大主應(yīng)力繼續(xù)向巖層深部發(fā)展,最大主應(yīng)力內(nèi)部平緩，主應(yīng)力最大值為-8.1MPa，應(yīng)力影響范圍隨工作面推進向前擴展；主要出現(xiàn)剪切破壞，底板破壞深度30m，其原因是隨工作面推進，煤層底板前方處于支承壓力的作用受到壓縮。工作面推過后，應(yīng)力釋放，底板處于膨脹狀態(tài)；在工作面不斷推進的過程中，底板始終處于壓縮一膨脹一再壓縮的狀態(tài)，因此在壓縮與膨脹變形的過渡區(qū)，底板最易出現(xiàn)剪切塑變而發(fā)生破壞。
[0026](4)煤層采動后，切眼附近應(yīng)力集中，容易發(fā)生變形產(chǎn)生裂隙，因此在切眼處與煤壁前方底板的采動裂隙比較發(fā)育，容易形成突水點。
【權(quán)利要求】
1.一種礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法，其特征在于采用礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置對礦井工作面底板采動破壞進行模擬試驗，包括測試巖體的制備、礦井工作面底板采動底板破壞模擬試驗測試和礦井工作面采動底板破壞機理分析三個步驟，具體工藝過程為: (1)、測試巖體的制備:測試巖體有兩種，一種為在礦井工作面巷道掘進時采集到的礦井工作面底板巖石，制備時礦井工作面底板巖石的平面要滿足現(xiàn)有技術(shù)中巖石力學試驗所規(guī)定的標準；另一種為與礦井工作面底板巖石相似模擬材料制備的工作面底板，其制備材料配比以礦井工作面底板巖石力學試驗參數(shù)為指導(dǎo)，巖石力學參數(shù)包括抗拉強度、抗壓強度、抗剪強度、內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角、體積模量、剪切模量、泊松比、尺寸、密度；制備的測試巖體的長為55cm,寬為55cm,高為20cm,測試巖體米用工作面底板巖石巖樣時,其平面要米用現(xiàn)有技術(shù)進行平整性測量； (2)、礦井工作面底板采動破壞模擬試驗測試:先通過側(cè)向固定板和側(cè)向加載固定器將測試巖體固定在平臺底座上，同時加載側(cè)向應(yīng)力；再將主液壓伺服加載器和頂部加載體下降并與測試巖體接觸，加載垂直應(yīng)力，加載時間為I?2天，測試巖體周圍應(yīng)力穩(wěn)定后，調(diào)整液壓伺服卸載加載器，開啟液壓伺服卸載加載器卸壓模式，加載與卸載壓力相同的垂直應(yīng)力應(yīng)力后開啟重新加載模式，用以模擬煤層開采底板卸壓和冒落帶巖石壓實的開采技術(shù)條件；試驗進行過程中，開啟應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集；然后利用外部的現(xiàn)有聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)，對試驗過程中的測試巖體裂隙發(fā)育進行監(jiān)測；試驗完成后，利用外部的現(xiàn)有超聲波探測裝置對破壞后的測試巖體進行探測，監(jiān)測巖樣裂隙發(fā)育深度及賦存特征； (3)采動底板破壞機理分析:以測試巖體的力學性質(zhì)為基礎(chǔ)，采用現(xiàn)有的FLAC-3D軟件進行采動破壞數(shù)值模擬分析，計算采動底板應(yīng)力分布特征，分析采動底板彈塑性分區(qū)，并與模擬試驗采集的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行對比；分析采動底板破壞機理，同時對采動底板破壞深度進行研究，以解決底板薄隔水層、高承壓含水層采動突水難題。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述礦井工作面底板采動破壞模擬試驗方法，其特征在于所述礦井工作面底板采動破壞模擬試驗裝置的主體結(jié)構(gòu)包括主液壓伺服加載器、頂部加載體、液壓伺服卸載加載器、卸載加載板、側(cè)向固定板、側(cè)向加載固定器、平臺底座、液壓管路、頂部液壓管路、應(yīng)力監(jiān)測點、應(yīng)力采集系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、可拆卸側(cè)邊和測試巖體；平臺底座兩端對稱式固定制有側(cè)向加載固定器，用以模擬側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力對地層的加載作用；側(cè)向加載固定器與側(cè)向固定板固定連接，側(cè)向加載固定器工作時，側(cè)向固定板與測試巖體接觸加載；側(cè)向加載固定器通過側(cè)向固定板將測試巖體固定在平臺底座上；測試巖體同一深度水平方向以每米兩個的分布密度均勻分布制有應(yīng)力監(jiān)測點，應(yīng)力監(jiān)測點采用應(yīng)力應(yīng)變片式傳感器，采集底板應(yīng)力分布特征；應(yīng)力監(jiān)測點與應(yīng)力采集系統(tǒng)連接，應(yīng)力采集系統(tǒng)自動采集測試巖體的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)；測試巖體的上端固定安裝制有卸載加載板，卸載加載板兩側(cè)分布安裝制有可拆卸側(cè)邊，可拆卸側(cè)邊在模擬試驗中傳遞的應(yīng)力是破壞底板的主要原因；頂部加載體和卸載加載板之間設(shè)有液壓伺服卸載加載器，液壓伺服卸載加載器由一組卸載加載器組成，卸載加載器的數(shù)量與卸載加載板的數(shù)量一致，并牢固連接，液壓伺服卸載加載器模擬工作面煤層采出后對工作面底板的卸壓作用，也模擬工作面頂板老空區(qū)內(nèi)直接頂冒落后重新對底板進行恢復(fù)加載作用；頂部加載體上部安裝制有主液壓伺服加載器，主液壓伺服加載器通過加載壓力模擬垂直地應(yīng)力，對試驗初始階段的總盈利加載，在工作面采動液壓伺服卸載加載器卸壓時，主液壓伺服加載器仍保持原來狀態(tài)，使總體壓力一直存在；主液壓伺服加載器與頂部液壓管路連通；作為整個裝置動力源和動力控制系統(tǒng)的液壓控制伺服系統(tǒng)分別與主液壓伺服加載器、液壓伺服卸載加載器和側(cè)向加載固定器連接。
【文檔編號】G01N3/12GK104237024SQ201410529019
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月10日
【發(fā)明者】魏久傳, 肖樂樂, 牛超, 尹會永, 郭建斌, 謝道雷, 張偉杰 申請人:山東科技大學