沿空留巷錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種沿空留巷錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置，它由U型充填槽、承壓板、錨固充填體和位移測(cè)量裝置組成。利用實(shí)驗(yàn)室加載控制系統(tǒng)對(duì)壓力傳遞結(jié)構(gòu)進(jìn)行施壓，在壓縮過(guò)程中，每隔一定時(shí)間，記錄一次位移測(cè)量尺移動(dòng)的距離以及相應(yīng)的試驗(yàn)機(jī)載荷值，并記錄軸向位移值；通過(guò)載荷值和軸向、橫向移動(dòng)位移換算出加載過(guò)程中不同時(shí)刻的橫向錨固充填體應(yīng)力值及應(yīng)變值；最后繪出加載過(guò)程中充填體的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，從而確定出橫向錨固充填體的承載性能參數(shù)。本實(shí)用新型避免了煤礦井下沿空留巷矸石充填測(cè)試檢驗(yàn)的單一性、不可重復(fù)性以及現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜試驗(yàn)環(huán)境等問(wèn)題，對(duì)煤礦井下沿空留巷橫向錨固矸石墻技術(shù)的應(yīng)用具有重要的指導(dǎo)意義。
【專利說(shuō)明】沿空留巷錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及錨固結(jié)構(gòu)承載性能測(cè)試裝置，尤其涉及沿空留巷橫向錨固矸石墻承載性能模擬測(cè)試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]沿空留巷技術(shù)一直是我國(guó)煤炭開采的重要技術(shù)發(fā)展方向。它對(duì)降低巷道掘進(jìn)量、提高煤炭資源回收率、減少矸石排放量、延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、緩解采掘接替矛盾和實(shí)現(xiàn)礦井安全高效綠色開采有顯著效果。而在眾多的沿空留巷技術(shù)研究中，矸石充填沿空留巷技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，在目前的技術(shù)水平下，沿空留巷的成敗在很大程度上取決于留巷充填體的設(shè)計(jì)及頂板條件，如果支護(hù)設(shè)計(jì)方案不能取得良好的留巷效果，不僅會(huì)損耗巨大的人力物力，而且還會(huì)給礦井的安全生產(chǎn)造成威脅。
[0003]沿空留巷充填體的強(qiáng)度、泊松比、變形模量等物理力學(xué)參數(shù)的獲取對(duì)留巷設(shè)計(jì)具有直接的指導(dǎo)作用。橫向錨固矸石墻是通過(guò)將錨桿或錨索橫向貫穿布置在矸石充填體內(nèi)，施加一定的預(yù)緊力，與巷旁輔助支護(hù)、巷內(nèi)支護(hù)形成統(tǒng)一的支護(hù)體系。在沿空留巷期間，橫向錨固矸石墻通過(guò)輔助作用、過(guò)渡作用、下縮讓壓作用、平衡作用承載巖層劇烈運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力，保持巷道圍巖的穩(wěn)定性。但在煤礦井下的實(shí)際應(yīng)用中，矸石充填體是一種不可逆壓縮材料，搬運(yùn)耗時(shí)費(fèi)力，無(wú)法進(jìn)行過(guò)多的井下現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)；同時(shí)由于煤礦井下工作環(huán)境的特殊性和復(fù)雜性，也無(wú)法對(duì)充填體中錨桿、鋼帶的受力情況進(jìn)行實(shí)際的系統(tǒng)分析，再加上巷道變形難以控制、充填工藝與工作面的快速推進(jìn)同步等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作問(wèn)題，使得原位測(cè)試難以在煤礦井下進(jìn)行。
[0004]因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模擬測(cè)試，是解決上述問(wèn)題的可靠辦法。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種沿空留巷橫向錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試，可為煤礦井下沿空留巷橫向錨固矸石墻技術(shù)的應(yīng)用提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型錨固結(jié)構(gòu)承載性能模擬測(cè)試裝置所采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種沿空留巷錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置，其特征在于，它由充填槽、錨固充填體、承壓板和位移測(cè)量裝置組成，錨固充填體放置在充填槽中，承壓板沉入充填槽后擱置在錨固充填體上，位移測(cè)量裝置活動(dòng)安裝在充填槽上并與錨固充填體貼緊，其中:
[0008]所述的充填槽是由底鋼板和兩側(cè)的側(cè)鋼板構(gòu)成的U型槽，側(cè)鋼板頂部再用加固鋼帶固緊，從而形成一個(gè)兩側(cè)面封閉的充填槽；
[0009]所述的錨固充填體由多個(gè)充填袋、錨桿和鋼帶構(gòu)成；充填袋按模擬充填體的高度和寬度堆砌在充填槽內(nèi)形成充填墻體，堆砌時(shí)上下層交錯(cuò)壓茬，縱向鋼帶和橫向鋼帶緊貼充填墻體的前、后立面；橫向鋼帶和縱向鋼帶的重疊交叉處加工有通孔；上述的錨桿從前立面鋼帶通孔穿過(guò)充填袋從后立面鋼帶通孔中穿出，兩端用螺母固定，從而構(gòu)成錨固充填體；上述的錨桿可以是錨索；
[0010]所述的承壓板是一個(gè)厚度不小于5mm的鋼板，承壓板壓在充填體上表面處；
[0011]所述的位移測(cè)量裝置包括固定在充填槽兩側(cè)的縱向套筒和卡尺支架，卡尺支架是一個(gè)與充填槽長(zhǎng)度相匹配的平面框架，平面框架上設(shè)有卡尺槽，平面框架的兩端設(shè)有縱向伸出的縱向桿，縱向桿上加工有螺紋，縱向桿穿過(guò)縱向套筒使卡尺支架安裝在充填槽上，并在縱向桿上擰上限位螺母，在卡尺槽中水平插入卡尺，插入后卡尺應(yīng)與充填袋靠緊。
[0012]利用本實(shí)用新型裝置對(duì)錨固結(jié)構(gòu)承載性能進(jìn)行測(cè)試的方法如下:
[0013]第一步，制作模擬測(cè)試裝置
[0014]第1.1步，制作錨固充填體；
[0015]第1.1.1步，將模擬充填體材料的顆粒裝入布袋中，并封口形成充填袋，將充填袋按模擬充填體的高度和寬度堆砌在充填槽內(nèi)，堆砌時(shí)上下層交錯(cuò)壓茬，不夠一整袋的位置，用半袋填充，將有縫隙的地方用充填體顆粒填實(shí)，使表面平整；
[0016]第1.1.2步，將縱向鋼帶和橫向鋼帶緊貼充填墻體的前、后立面，將錨桿穿過(guò)前后立面縱向鋼帶和橫向鋼帶的通孔后用螺母固緊，對(duì)充填袋施加一定的預(yù)緊力；
[0017]安裝錨桿時(shí)可邊充填邊安裝；
[0018]第1.2步,在充填體上表面安放上承壓板；
[0019]第1.3步，安裝位移測(cè)量裝置
[0020]將卡尺支架的縱向桿穿過(guò)套筒，從而使卡尺支架安裝在充填槽上，并在縱向桿上擰上限位螺母，在卡尺槽中水平插入卡尺，使卡尺與充填體貼緊；
[0021]第二步，將上述制作安裝好的模擬測(cè)試裝置放到壓力試驗(yàn)機(jī)底座上，啟動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)承壓板與壓力試驗(yàn)機(jī)的傳力支柱剛好接觸時(shí)，記錄下卡尺的初始讀數(shù)；然后開始加載，在加載壓縮過(guò)程中，充填墻體變形，將卡尺向外推移；此時(shí)每隔一定時(shí)間，記錄一次卡尺移動(dòng)距離，以及相應(yīng)的載荷值和充填袋的軸向變形值；
[0022]第三步，通過(guò)載荷值和位移值換算出加載過(guò)程中不同時(shí)刻的充填體應(yīng)力值σ及軸向應(yīng)變值S1和橫向應(yīng)變值ε2;
[0023]應(yīng)力換算公式如下:
[0024]
σ = ^-山
ah
[0025]式中:
[0026]a一7承壓板與充填體接觸面的長(zhǎng)度，mm ；
[0027]b—7|c壓板寬度，mm ；
[0028]Pi—第i次試驗(yàn)機(jī)施加的載荷，KN ；
[0029]軸向應(yīng)變換算公式如下:
[0030]
(2)
1h
[0031]式中:[0032]Ui一第i次試驗(yàn)機(jī)軸向位移值，mm ；
[0033]U。一試驗(yàn)機(jī)軸向初始位移值，mm ；
[0034]h—測(cè)試之前的充填墻體高度，mm ；
[0035]橫向應(yīng)變換算公式如下:
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種沿空留巷錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置，其特征在于，它由充填槽、錨固充填體、承壓板和位移測(cè)量裝置組成，錨固充填體放置在充填槽中，承壓板沉入充填槽后擱置在錨固充填體上，位移測(cè)量裝置活動(dòng)安裝在充填槽上并與錨固充填體貼緊，其中: 所述的充填槽是由底鋼板和兩側(cè)的側(cè)鋼板構(gòu)成的U型槽，側(cè)鋼板頂部再用加固鋼帶固緊，從而形成一個(gè)兩側(cè)面封閉的充填槽； 所述的錨固充填體由多個(gè)充填袋、錨桿和鋼帶構(gòu)成；充填袋按模擬充填體的高度和寬度堆砌在充填槽內(nèi)形成充填墻體，堆砌時(shí)上下層交錯(cuò)壓茬，縱向鋼帶和橫向鋼帶緊貼充填墻體的前、后立面；橫向鋼帶和縱向鋼帶的重疊交叉處加工有通孔；上述的錨桿從前立面鋼帶通孔穿過(guò)充填袋從后立面鋼帶通孔中穿出，兩端用螺母固定，從而構(gòu)成錨固充填體；所述的承壓板是一個(gè)厚度不小于5mm的鋼板，承壓板壓在充填體上表面處； 所述的位移測(cè)量裝置包括固定在充填槽兩側(cè)的縱向套筒和卡尺支架，卡尺支架是一個(gè)與充填槽長(zhǎng)度相匹配的平面框架，平面框架上設(shè)有卡尺槽，平面框架的兩端設(shè)有縱向伸出的縱向桿，縱向桿上加工有螺紋，縱向桿穿過(guò)縱向套筒使卡尺支架安裝在充填槽上，并在縱向桿上擰上限位螺母，在卡尺槽中水平插入卡尺，插入后卡尺應(yīng)與充填袋靠緊。
2.如權(quán)利要求1所述的沿空留巷錨固矸石墻承載性能的模擬測(cè)試裝置，其特征在于，所述的錨桿用錨索替代。
【文檔編號(hào)】G09B25/04GK203825944SQ201420249159
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】趙同彬, 鄒建超, 張富興, 譚云亮, 蔡來(lái)生 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)