煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其包括缸體；支架；第一、第二端蓋；閥門；液壓柱塞；位移傳感器；若干壓力傳感器；控制器；液壓泵。缸體安裝在支架上，缸體的一端安裝有第一端蓋，另一端安裝有液壓柱塞。第一端蓋與液壓柱塞密封住缸體的兩端使缸體內(nèi)部形成收容待模擬巖體的第一密封腔，壓力傳感器分布在待模擬巖體上且其引線穿過第一端蓋與控制器連接。閥門安裝在第一端蓋上。液壓柱塞的一端收容在缸體內(nèi)且為封閉端，另一端安裝有第二端蓋，第二端蓋密封液壓柱塞使液壓柱塞內(nèi)部形成收容液壓油的第二密封腔。液壓泵連接控制器并向第二密封腔內(nèi)注液壓油以提供油壓，位移傳感器安裝在第二端蓋上且連接控制器。
【專利說明】煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種模擬實驗裝置，涉及一種煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭資源的地下開采必然形成采空區(qū)和上覆巖體的冒落。實踐證明，煤層在開采結(jié)束后經(jīng)過了長時間自然壓實，采空區(qū)及其上覆巖體會逐漸壓實穩(wěn)定，但是實際上冒落帶中依然存在大量殘留裂隙空間。
[0003]當(dāng)整個礦井開采結(jié)束或礦中的某個開采水平開采結(jié)束后，開采區(qū)內(nèi)的地下水位會逐漸恢復(fù)。有些已基本穩(wěn)定的沉陷區(qū)下部采空區(qū)巖體因地下水的作用，有可能會使原本處于相對平衡狀態(tài)下的區(qū)域出現(xiàn)“活化”，使裂隙帶巖體再軟化壓密，上覆巖體產(chǎn)生二次變形導(dǎo)致采空區(qū)上方地表出現(xiàn)二次沉陷，從而危及老采空區(qū)上方建(構(gòu))筑物的安全。老采空區(qū)因后期充水、荷載作用下導(dǎo)致冒落巖體軟化后受壓變形是老采空區(qū)“活化”的特征之一。為了研究老采空區(qū)的“活化”機(jī)理，研究采空區(qū)在荷載和充水條件下破碎巖體二次變形的規(guī)律，同時對于合理利用老采空區(qū)上方采煤塌陷區(qū)土地資源，提高土地利用率、緩解礦區(qū)土地資源緊張局面和保障老采空區(qū)上方地表建筑物安全方面具有重要指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種煤礦老采空區(qū)二次變形壓實模擬實驗裝置，其探究采空區(qū)冒落帶破碎巖體在不同荷載量和充水條件下的變形規(guī)律，借助該模擬實驗裝置可以研究冒落帶破碎巖體二次變形規(guī)律，有效指導(dǎo)采空區(qū)土地二次利用工作。本發(fā)明屬于一種模擬在覆巖荷載和老采空區(qū)充水條件下煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形環(huán)境的實驗設(shè)備。
[0005]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種煤礦老采空區(qū)二次變形壓實模擬實驗裝置，其包括缸體、支架、第一端蓋、閥門、液壓柱塞、第二端蓋、位移傳感器、若干壓力傳感器、控制器、液壓泵；該缸體安裝在該支架上，該缸體的一端安裝有該第一端蓋，該缸體的另一端安裝有該液壓柱塞，該第一端蓋與該液壓柱塞密封住該缸體的兩端使該缸體內(nèi)部形成第一密封腔，該第一密封腔收容待模擬巖體，該若干壓力傳感器分布在該待模擬巖體上，該若干壓力傳感器的引線穿過該第一端蓋與該控制器電性連接，該閥門安裝在該第一端蓋上以對該第一密封腔內(nèi)注水；該液壓柱塞的一端收容在該缸體內(nèi)且為封閉端，該液壓柱塞的另一端安裝有該第二端蓋，該第二端蓋密封該液壓柱塞使該液壓柱塞內(nèi)部形成第二密封腔，該第二密封腔收容液壓油，該液壓泵電性連接該控制器并向該第二密封腔內(nèi)注液壓油以提供油壓，該位移傳感器安裝在該第二端蓋背向該第二密封腔的一側(cè)上且電性連接該控制器。
[0006]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該缸體呈圓柱型而能相對該支架0-180度旋轉(zhuǎn)。
[0007]本發(fā)明通過模擬在荷載和充水條件下采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形環(huán)境得出:不同荷載下冒落帶破碎巖體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律；同一荷載下變形穩(wěn)定后，在不同注水量條件下破碎巖體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明較佳實施方式提供的煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置的工作原理框圖。
[0009]圖2為本發(fā)明較佳實施方式提供的煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0010]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0011]請一并參閱圖1及圖2，本發(fā)明較佳實施方式提供的煤礦老采空區(qū)二次變形壓實模擬實驗裝置包括缸體1、支架7、第一端蓋2、閥門3、液壓柱塞4、第二端蓋5、位移傳感器
8、若干壓力傳感器(圖未示)、控制器(圖未示)、液壓泵(圖未示)。
[0012]1.取樣裝置
[0013]缸體I的一端安裝有第一端蓋2,缸體I的另一端安裝有液壓柱塞4,該第一端蓋2與該液壓柱塞4密封住該缸體I的兩端使該缸體I內(nèi)部形成第一密封腔，該第一密封腔收容待模擬巖體，從而缸體1、第一端蓋2、液壓柱塞4共同構(gòu)成取樣裝置,該第一密封腔就是該取樣裝置的載物區(qū)，該取樣裝置構(gòu)成模型主體。缸體I安裝在支架7上，缸體I可呈圓柱型而能相對該支架7進(jìn)行0-180度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。
[0014]2.注水裝置
[0015]閥門3安裝在第一端蓋2上以對該第一密封腔內(nèi)注水，本實施方式中，閥門3采用快開式閥門，通過進(jìn)水管與該第一密封腔內(nèi)連通。安裝在第一端蓋2上的閥門3構(gòu)成該注水裝置，該注水裝置通過缸體I的前端排放蓋(即第一端蓋2)中間的快開式閥門向進(jìn)水管提供水。
[0016]3.壓式裝置
[0017]液壓柱塞4的一端收容在缸體I內(nèi)且為封閉端，液壓柱塞4的另一端安裝有第二端蓋5，第二端蓋5密封該液壓柱塞4使該液壓柱塞4內(nèi)部形成第二密封腔6，該第二密封腔6收容液壓油，該液壓泵電性連接該控制器并向該第二密封腔6內(nèi)注液壓油以提供油壓。液壓柱塞4、第二端蓋5、該液壓泵構(gòu)成壓式裝置。
[0018]4.位移監(jiān)測裝置
[0019]位移傳感器8安裝在第二端蓋5背向該第二密封腔6的一側(cè)上且電性連接該控制器。位移傳感器8構(gòu)成位移監(jiān)測裝置，移監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)通過該控制器控制位移傳感器8進(jìn)行信息采集。
[0020]5.壓力檢測裝置
[0021]該若干壓力傳感器分布在該待模擬巖體上，該若干壓力傳感器的引線穿過第一端蓋2與該控制器電性連接。該若干壓力傳感器構(gòu)成壓力檢測裝置，壓力檢測裝置的數(shù)據(jù)通過該控制器控制該若干壓力傳感器進(jìn)行信息采集。
[0022]6.信息采集裝置[0023]該控制器是信息采集裝置的核心部件，裝樣、壓實、注水過程的數(shù)據(jù)采集由該控制器進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測。可設(shè)置儀表箱通過串口通信與控制器連接。
[0024]本發(fā)明煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置的操作流程如下。
[0025]1.打開缸體I的前端蓋(即第一端蓋2)裝樣，裝樣過程中根據(jù)設(shè)計位置一次放入巖樣(即該待模擬巖體)和壓力傳感器，裝樣程序結(jié)束后，安裝前端蓋。
[0026]2.使用液壓泵給缸體I的液壓活塞(即液壓柱塞4)內(nèi)的液壓油缸(即該第二密封腔6)提供高壓液體，推動液壓活塞，對巖樣進(jìn)行施壓。在試壓過程中通過位移監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測巖體總壓縮位移變化，通過壓力監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測巖體受力變化。
[0027]3.通過缸體I的前端蓋中間的注水孔(注水孔采用閥門3實現(xiàn))向缸體I注入所需的水量，在注水過程中通過位移監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測巖體總壓縮位移變化，通過壓力監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測巖體受力變化。
[0028]4.通過控制施壓大小和注水量來模擬采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形的環(huán)境。
[0029]5.從實驗開始到實驗結(jié)束，通過信息采集裝置對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)采集。
[0030]通過模擬在外加荷載和與水耦合條件下采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形環(huán)境得出:不同荷載下冒落帶破碎巖體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律；同一荷載下變形穩(wěn)定后，在不同注水量條件下破碎巖體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律。
[0031]缸體I為耐腐蝕、耐高壓材料制作，排放端蓋即第一端蓋2上安裝快開式閥門，快開式閥門可作壓力傳感器引線出孔，引出口可拆且密封，另一端裝有液壓柱塞4、液壓缸端蓋即第二端蓋5，液壓柱塞4和液壓缸端蓋之間有密封結(jié)構(gòu)，液壓缸端蓋外有密封調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。液壓柱塞4內(nèi)有液壓油腔即第二密封腔6。缸體I安裝于支架7上，可實現(xiàn)180度手動旋轉(zhuǎn)，定位。支架7通過螺絲固定到地面上。壓實裝置包括液壓泵站，向液壓柱塞4內(nèi)的液壓油腔注油，提供油壓。注水通過排放端蓋前段上的快開式閥門進(jìn)行注水。裝樣，壓實，注水過程的數(shù)據(jù)采集由信息采集裝置控制。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其特征在于:其包括缸體、支架、第一端蓋、閥門、液壓柱塞、第二端蓋、位移傳感器、若干壓力傳感器、控制器、液壓泵；該缸體安裝在該支架上，該缸體的一端安裝有該第一端蓋，該缸體的另一端安裝有該液壓柱塞，該第一端蓋與該液壓柱塞密封住該缸體的兩端使該缸體內(nèi)部形成第一密封腔，該第一密封腔收容待模擬巖體，該若干壓力傳感器分布在該待模擬巖體上，該若干壓力傳感器的引線穿過該第一端蓋與該控制器電性連接，該閥門安裝在該第一端蓋上以對該第一密封腔內(nèi)注水；該液壓柱塞的一端收容在該缸體內(nèi)且為封閉端，該液壓柱塞的另一端安裝有該第二端蓋，該第二端蓋密封該液壓柱塞使該液壓柱塞內(nèi)部形成第二密封腔，該第二密封腔收容液壓油，該液壓泵電性連接該控制器并向該第二密封腔內(nèi)注液壓油以提供油壓，該位移傳感器安裝在該第二端蓋背向該第二密封腔的一側(cè)上且電性連接該控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的煤礦老采空區(qū)冒落帶破碎巖體二次變形壓實模擬實驗裝置，其特征在于:該缸體呈圓柱型而能相對該支架0-180度旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】G01N3/12GK103616293SQ201310636912
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】徐良驥, 朱楠, 郭輝, 吳鴻濤 申請人:安徽理工大學(xué)