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原文传递模拟顶板岩层回转破断试验方法

专利名称：	模拟顶板岩层回转破断试验方法
摘要：	本发明提出一种模拟顶板岩层回转破断试验方法，涉及采矿模拟技术领域。本模拟顶板岩层回转破断试验方法，应用模拟顶板岩层回转破断加载装置，底座上设置支撑架，支撑架的上端设置固定板；固定板的一侧铰接回转板的一侧；底座上设置加载油缸，加载油缸位于回转板的下方，加载油缸伸缩端上设置有压头，压头接触回转板的下表面；包括如下步骤：步骤一、现场采样及试样加工制备；步骤二、加载位置放置；步骤三、预加静载；步骤四、回转破断加载；步骤五、结果分析。本发明的有益效果：可以对采空区上方顶板岩层回转变形和破断失稳情况进行模拟分析，能够准确推断采空区上方顶板岩层的运动特征，掌握顶板岩层回转变形和破断失稳的结构状态。
专利类型：	发明专利
申请人：	煤炭科学技术研究院有限公司
发明人：	赵善坤;李一哲;蒋军军;刘毅涛;张修峰;赵阳;张宁博;王寅;秦凯
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T21:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T00:00:00+0805
申请号：	CN202010108749.3
公开号：	CN111208010A
代理机构：	青岛锦佳专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	朱玉建
分类号：	G01N3/12;G01N3/00;G;G01;G01N;G01N3;G01N3/12;G01N3/00
申请人地址：	100013 北京市朝阳区和平里青年沟路5号
主权项：	1.一种模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于，应用模拟顶板岩层回转破断加载装置，模拟顶板岩层回转破断加载装置包括底座、支撑架、固定板、回转板和加载油缸；所述底座上设置支撑架，支撑架的上端设置固定板；固定板的一侧铰接回转板的一侧；所述底座上设置加载油缸，加载油缸位于回转板的下方，加载油缸伸缩端上设置有压头，压头接触回转板的下表面；模拟顶板岩层回转破断试验方法包括如下步骤：步骤一、现场采样及试样加工制备在煤矿现场取获大尺寸煤样和岩样，将煤样再加工成原煤试件，原煤试件是在原煤试样一侧面设置开槽以模拟侧向采空区，在煤样上开设通孔以模拟巷道，开槽与通孔之间的部分以模拟煤柱；在岩样的设定位置开设预制裂缝以制得岩板试件；步骤二、加载位置放置将模拟顶板岩层回转破断加载装置放置在液压加载机的底座平台上，依次将岩板试件、原煤试件放置在固定板及回转板的上表面；回转板用于模拟高位厚硬岩层，岩板试件用于模拟低位厚硬岩层，原煤试件用于模拟煤层，回转板的旋转轴线用于模拟高位厚硬岩层的断裂位置，沿板试件上的预制裂缝位置产生断裂用于模拟低位厚硬岩层的断裂位置；调整回转板的旋转轴线、岩板试件上的预制裂缝位置及原煤试件的相对位置，以形成不同顶板断裂位置组合；步骤三、预加静载在试验设定的顶板断裂位置组合下，液压加载机的加载端对原煤试件施加设定加载压力，以模拟重复采动巷道开挖前的应力加载环境；步骤四、回转破断加载在试验设定的顶板断裂位置组合下，加载油缸伸缩端升起，压头推动回转板向上转动，回转板挤压岩板试件及原煤试件，以模拟高位厚硬岩层回转和破断情况；在步骤三和步骤四的过程中进行监测，以设定频率记录加载油缸的压力值和回转板的回转角度，记录试验设定的顶板断裂位置组合下回转板的旋转轴线、岩板试件上的预制裂缝位置及原煤试件的相对位置，记录岩板试件断裂位置和断裂时间；记录原煤试件及岩板试件全过程破坏的全场位移和应变数据。 2.根据权利要求1所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：模拟顶板岩层回转破断试验方法还包括步骤五、结果分析 5.1应变特征分析随着加载油缸的压力增大和回转板的回转角度增加，在不同顶板断裂位置组合下，分析原煤试件及岩板试件全过程破坏的水平位移场及应变场、竖向位移场及应变场变化，得到原煤试件及岩板试件上应变分布及变化过程； 5.2煤柱受力状态分析根据5.1中原煤试件及岩板试件上应变分布及变化过程确定煤柱受力状态； 5.3高位岩层回转倾角分析在相同顶板断裂位置组合下，岩板试件断裂时，对应回转板回转角度的大小，以反映煤层顶板垮落时所对应的高位岩层回转倾角。 3.根据权利要求1所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：步骤二中，调整回转板的旋转轴线、岩板试件上的预制裂缝位置及原煤试件的相对位置，形成不同顶板断裂位置组合形式包括：组合一、高位厚硬岩层的断裂位置和低位厚硬岩层的断裂位置靠近侧向采空区的位置；组合二、高位厚硬岩层的断裂位置对应煤柱位置，低位厚硬岩层的断裂位置靠近侧向采空区的位置；组合三、高位厚硬岩层的断裂位置靠近侧向采空区的位置，低位厚硬岩层的断裂位置对应煤柱位置；组合四、高位厚硬岩层的断裂位置和低位厚硬岩层的断裂位置均对应煤柱位置。 4.根据权利要求1所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：借助非接触式全场应变测量系统，采用数字图像相关法进行比对分析，记录原煤试件及岩板试件全过程破坏的全场位移和应变数据。 5.根据权利要求1所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：所述底座上可拆卸设置有若干个配重块。 6.根据权利要求5所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：所述底座与固定板之间留有装配空间，所述装配空间内设置配重块。 7.根据权利要求6所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：底座的上表面开设下装配槽，固定板的下表面开设上装配槽，配重块的下端嵌入下装配槽，配重块的上端嵌入上装配槽。 8.根据权利要求1所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：固定板的一侧开设横截面为C形的旋转槽口，回转板的一侧设置有与旋转槽口形状配合的旋转柱，旋转柱装配于旋转槽口内；固定板与回转板平齐时，固定板的一侧与回转板的一侧之间留有间隙。 9.根据权利要求1所述的模拟顶板岩层回转破断试验方法，其特征在于：所述加载油缸经液压管路连接有油压泵。
所属类别：	发明专利