一种相似材料模拟试验支架的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及采矿相似材料模拟试验设备技术领域，特别涉及一种用于实验室相似材料模拟试验的简易支架。
【背景技术】
[0002]矿山现场煤层开采工作面控顶范围通常用液压支架支护顶底板，以提供安全的回采空间，而工作面矿压规律显现的主要研宄手段之一是对工作面支架受力的特点进行观测、研宄和分析，因此，支架在煤层回采过程中起着不可或缺的作用。然而，实验室内的地下采矿相似材料模拟试验中，尤其是在模拟矿山现场煤层回采的过程中，往往忽略了支架的作用，由于没有模拟现场支架对顶板的支撑，这从一定程度上削弱了相似材料模拟试验的准确性，同时也失去了一个较好的研宄工作面矿压显现规律的手段和工具。为了采用相似原理模拟实际支架的受载情况，已有学者研宄设计了相应的实验室相似材料模拟试验支架。已有专利CN 102866032 A公开了一种相似材料模拟试验系统，包括模型支架、量筒、软管和射频电容式液位变送器，虽能对现场液压支架进行模拟，并记录支架受载情况及位移变化，但该系统工艺较复杂，若煤层厚度较小，支架尺寸易受到限制，且该专利并未从三维空间给出支架的具体设计；已有专利CN 202832571 U公开了一种用于相似材料模拟试验的采煤工作面支架，包括顶、底梁和支撑机构，通过支撑机构中的螺旋压缩弹簧实现支架的支撑作用，该装置制作工艺虽简单，但该支架只能起到一定支撑作用，无法观测支架-围岩相互作用的压力数据，且长时间使用，弹簧易出现弹性疲劳。
【发明内容】
[0003]针对上述实验室相似材料模拟试验中不采用支架的情况和已有支架存在的技术不足，本发明提供一种相似材料模拟试验支架，适用于实验室相似材料模拟试验，在模拟中厚煤层回采过程中起到支撑作用，并通过安装在支架顶板上的微型压力传感器记录支架-围岩相互作用的压力数据，利用微机在线监测保存，为工作面矿压规律的模拟研宄提供了方便。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种相似材料模拟试验支架，包括底座、柱腔、支撑柱、螺母、顶板和微型压力传感器。底座和顶板均为矩形钢板，顶板中开设若干柱形孔，放置微型压力传感器；底座上焊接有等腰梯形体柱腔，内有圆柱形孔，孔壁有螺纹；支撑柱为柱形螺栓，下端依靠螺纹啮合嵌入柱腔内，上端与顶板焊接；螺母旋套在支撑柱上，紧贴柱腔。
[0005]所述的底座为矩形钢板，长210mm，宽40mm，厚5mm。
[0006]所述的柱腔内的圆柱形孔直径与支撑柱外径相同，为30mm。
[0007]所述的螺母为普通外六角螺母，螺母内孔直径与支撑体外径相同，为30mm。
[0008]所述的顶板为矩形钢板，长210mm，宽40mm，厚10mm，顶板内开设有5个直径为30mm的柱形孔，孔深5mm。
[0009]所述的微型压力传感器为BW型箔式微型压力传感器，外形为圆柱体，直径30mm，高10_，传感器有引线接出，可连接至微机，测读压力数值。
[0010]本发明的有益技术效果是:
本发明实现了相似材料模拟试验中液压支架从原型到模型的转化，基本实现了原型液压支架的工程特点，制造工艺简单，可适用于相似材料模拟试验中不同厚度煤层回采工作面；通过安装在支架顶板上的微型压力传感器记录支架-围岩相互作用的压力数据，并用微机在线监测保存，从而对矿压规律进行模拟研宄；解决了原型液压支架在相似材料模拟过程中的支架模型制作工艺复杂、应用不广泛的问题。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的正视图；
图2为本发明的俯视图；
图3为本发明的左视图；
图4为本发明的使用状态图；
其中，I一底座，2—柱腔，3—螺母，4一支撑柱，5—顶板，6—微型压力传感器，7—微型压力传感器引线。
【具体实施方式】
[0012]本发明提供了一种相似材料模拟试验支架，为了使本发明的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，以下将结合附图与具体实施例对本发明进一步详细说明。
[0013]如图1、图2和图3所示，一种相似材料模拟试验支架，包括底座1、柱腔2、支撑柱4、螺母3、顶板5和微型压力传感器6。底座I和顶板5均为矩形钢板，顶板5中开设若干柱形孔，放置微型压力传感器6 ;底座I上焊接有等腰梯形体柱腔2，内有圆柱形孔，孔壁有螺纹；支撑柱4为柱形螺栓，下端依靠螺纹啮合嵌入柱腔2内，上端与顶板5焊接；螺母3旋套在支撑柱4上，紧贴柱腔2。
[0014]支架的尺寸需保证支护住工作空间的顶板，对于长X宽X高=2000mmX220mmX 1800mm的相似模拟试验台，可设计支架支撑柱4无撑起时尺寸为长X宽X高=210mmX40mmX50mm，支架支撑柱4撑起时最大高度为70臟，若需要更大高度，可在底座I下垫上与底座I上表面同尺寸但厚度不同的钢板。
[0015]本发明的工作方式及机理是:针对长X宽X高=2000mmX220mmX1800mm的相似模拟试验台，取相似材料模拟试验几何相似比为1:100，现场Im相当于试验中10mm，在煤层开采时，先开设切眼，切眼尺寸为长X宽X高=220mmX40mmX50mm，将支架放置在切眼中，见图4，支架顶板5上的微型压力传感器引线7与微机连接，用扳手旋转支撑柱4上的螺母3，使支撑柱4缓慢上升，待支架顶板5上的微型压力传感器6与围岩充分接触，并产生一定的初撑力时停止旋转螺母3，支架开始工作；与微型压力传感器6连接的微机实时监测记录并保存支架与围岩的接触压力数据；新的煤体采出后，用扳手反方向转动螺母3，降低支架与围岩之间的压力至一定数值，带压擦顶移动支架，从而使支架循环作业；工作过程中通过微机监测支架与围岩之间的接触压力，记录保存并对数据进行分析，进而对采煤工作面的矿压显现规律进行研宄。
[0016]应当理解的是，上述针对具体试验步骤的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出改变尺寸、替换、简单组合等多种变形，这些均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种相似材料模拟试验支架，其特征在于:包括底座(1)、柱腔(2)、支撑柱(4)、螺母(3)、顶板(5)和微型压力传感器(6);底座(I)和顶板(5)均为矩形钢板，顶板(5)中开设若干柱形孔，放置微型压力传感器(6);底座(I)上焊接有等腰梯形体柱腔(2)，内有圆柱形孔，孔壁有螺纹；支撑柱(4)为柱形螺栓，下端依靠螺纹啮合嵌入柱腔(2)内，上端与顶板(5 )焊接；螺母(3 )旋套在支撑柱(4 )上，紧贴柱腔(2 )。2.根据权利要求1所述的一种相似材料模拟试验支架，其特征在于:所述的底座(I)为矩形钢板，长210mm，宽40_，厚5_。3.根据权利要求1所述的一种相似材料模拟试验支架，其特征在于:所述的柱腔(2)内的圆柱形孔直径与支撑柱(4 )外径相同，为30_。4.根据权利要求1所述的一种相似材料模拟试验支架，其特征在于:所述的螺母(3)为普通外六角螺母，螺母(3 )内孔直径与支撑柱(4 )外径相同，为30mm。5.根据权利要求1所述的一种相似材料模拟试验支架，其特征在于:所述的顶板(5)为矩形钢板，长210mm，宽40mm，厚10mm，顶板(5)内开设有5个直径为30mm的柱形孔，孔深5mm ο6.根据权利要求1所述的一种相似材料模拟试验支架，其特征在于:所述的微型压力传感器(6)为BW型箔式微型压力传感器，外形为圆柱体，直径30mm，高10mm，传感器有引线(7)接出，可连接至微机，测读压力数值。
【专利摘要】本发明公开了一种相似材料模拟试验支架，特征是包括底座、柱腔、支撑柱、螺母、顶板和微型压力传感器；底座和顶板均为矩形钢板，顶板中开设若干柱形孔，放置微型压力传感器；底座上焊接有等腰梯形体柱腔，内有圆柱形孔，孔壁有螺纹；支撑柱为柱形螺栓，下端依靠螺纹啮合嵌入柱腔内，上端与顶板焊接；螺母旋套在支撑柱上，紧贴柱腔。本发明实现了相似材料模拟试验中液压支架从原型到模型的转化，制作工艺简单，适用性强。
【IPC分类】E21D15/24
【公开号】CN104963707
【申请号】CN201510417969
【发明人】王同旭, 马文强, 曲孔典, 刘书源
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月16日