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原文传递一种模拟顶板岩梁破断的试验装置及试验方法

专利名称：	一种模拟顶板岩梁破断的试验装置及试验方法
摘要：	本发明提供了一种模拟顶板岩梁破断的试验装置及试验方法，涉及岩石力学技术领域，试验装置包括试验箱、挡板、压板、滑轨、压头、监测机构和液压机构；挡板包括左挡板和右挡板，压头包括上压头、左压头和右压头，监测机构包括压力传感器、位移传感器和三维数字散斑监测仪；试验箱的上部和左右两侧分别设置有压头，其中左压头和右压头沿滑轨上下移动，左压头和右压头穿过挡板压设在压板上；试验箱底部设置有试验台底座，左挡板和右挡板分别固定在试验台底座的两侧，实验体放置在试验台底座上；以及利用该装置进行顶板岩梁破断模拟试验的方法，解决了顶板岩梁破断模拟试验与实际偏差较大的技术问题，还具有操作简便，模拟范围广等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东科技大学
发明人：	赵增辉;高晓杰;马庆;孙伟;张明忠;陈绍杰;王清标
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910071131.1
公开号：	CN109765110A
代理机构：	青岛智地领创专利代理有限公司
代理人：	张凯
分类号：	G01N3/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	266590 山东省青岛市黄岛区经济技术开发区前湾港路579号
主权项：	1.一种模拟顶板岩梁破断的试验装置，其特征在于，包括试验箱、挡板、压板、滑轨、压头、监测机构和液压机构；所述挡板包括左挡板、右挡板、前挡板和后挡板，压头包括上压头、左压头和右压头，压板包括上压板、左压板和右压板，监测机构包括压力传感器、位移传感器和三维数字散斑监测仪；所述试验箱的上部和左右两侧分别设置有压头，其中左压头和右压头沿滑轨上下移动，左压头和右压头穿过挡板压设在压板上；所述试验箱底部设置有试验台底座，左挡板和右挡板分别固定在试验台底座的两侧，实验体放置在试验台底座上。 2.根据权利要求1所述的一种模拟顶板岩梁破断的试验装置，其特征在于，所述实验体包括顶板层、底板层、均压水囊、煤层和煤层水囊，实验体的上方设置有上压板；所述上压板下方布置有均压水囊，均压水囊下方布置有顶板层，顶板层下方布置有煤层和煤层水囊，煤层下方布置有底板层；所述煤层和煤层水囊并列间隔布置。 3.根据权利要求1所述的一种模拟顶板岩梁破断的试验装置，其特征在于，所述试验台底座的前方设置有前挡板，试验台底座的后方设置有后挡板；所述后挡板上设置有导水孔，前挡板和后挡板上均设置有固定槽钢。 4.根据权利要求1所述的一种模拟顶板岩梁破断的试验装置，其特征在于，所述左压板和右压板随压头左右移动，所述上压头沿试验箱上部设置的滑轨移动；所述左挡板和右挡板的侧面设置有安装孔，所述前挡板和后挡板的左右两边上设置有安装孔。 5.根据权利要求4所述的一种模拟顶板岩梁破断的试验装置，其特征在于，所述左挡板、右挡板和压板使用钢材制作而成，所述前挡板和后挡板使用透明亚克力板制作而成，所述均压水囊上设置有压力表。 6.一种模拟顶板岩梁破断的试验方法，利用权利要求1至5任一项所述的模拟顶板岩梁破断的试验装置，其特征在于，步骤包括： A.组装固定试验箱和试验台底座，放置压板并调节压头位置； B.根据矿井煤层条件和试验箱尺寸确定顶板层、底板层和煤层的试件尺寸； C.制备顶板层、底板层和煤层的模拟试件，包括测量模拟试件和表面磨平； D.在试验台底座上先铺设底板层；再铺设煤层和煤层水囊，煤层水囊注水至高度和煤层齐平；在煤层和顶板层之间设置应变片，然后在煤层上方铺设顶板层；最后在顶板层上方铺设均压水囊并充水； E.在均压水囊上方设置上压板，在实验体表面喷涂数字散斑测点； F.安装前挡板和后挡板，将煤层水囊和均压水囊的导水管穿过后挡板上的导水孔，然后安装固定槽钢加固前挡板和后挡板； G.根据埋深和侧压系数计算确定上压头、左压头和右压头需要施加的压力，通过液压机构加压； H.通过煤层水囊的导水管给煤层水囊放水，期间记录顶板的应力和应变监测数据。 7.根据权利要求6所述的一种模拟顶板岩梁破断的试验方法，其特征在于，所述煤层利用煤块试件制作而成；所述煤层水囊和煤层的高度根据实际煤层的高度确定，煤层水囊的宽度根据煤层工作面的宽度确定。 8.根据权利要求6所述的一种模拟顶板岩梁破断的试验方法，其特征在于，所述步骤G中上压头、左压头和右压头需要施加的压力根据矿井实际地质条件计算，所述上压头需要提供压力的计算包括，计算上覆岩层压强P＝ρgh，其中ρ为上覆岩层的平均密度，g为重力加速度，h为埋深；上压头提供的力F上＝P×S上，其中S上为顶板上表面的面积；所述左压头和右压头需要提供压力的计算包括，计算测压系数λ的取值范围其中左压头压力F左和右压头压力F右，其中F左＝F右＝P×S侧×λ，其中S侧为实验体左右两侧的侧面积。
所属类别：	发明专利