煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤矿领域，特别是一种煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验
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【背景技术】
[0002]层状结构顶板是煤矿巷道顶板的主要结构形式，目前我国大型煤矿集团经常发生煤巷冒顶事故，因此对层状顶板的稳定性进行研究是必要的。关于层状顶板稳定型的研究主要采用弹塑性力学理论和数值分析的方法进行研究，尚存在于理论阶段，由于煤矿现在条件的极其复杂性和环境不确定性，在现场对层状顶板的稳定性进行研究存在一定的局限性，且无法定性进行准确的研究。
[0003]层状结构顶板的失稳模式主要分为四大类:不失稳顶板、中等失稳顶板、易失稳顶板和极易失稳顶板，理论分析研究中得出影响顶板失稳模式的主要因素包括围岩应力、顶板各层位厚度、顶板各层位物理力学性质、巷道断面的大小和岩层倾角等因素，目前关于各因素对顶板稳定性的影响程度及基于影响因素的煤巷顶板稳定性分类的研究较少。因此在实验室如果能开发出一种可以实时仿真煤巷顶板稳定性的实验平台，研究各影响因素对顶板稳定性的影响程度大小，得出不同组合方式时失稳模式的类型，并总结出四种失稳模式可能的岩层组合方案是势在必行的，这对于煤巷顶板稳定性的研究、确定煤巷顶板失稳前兆信息、预防煤巷冒顶事故，以便及时采取有效的加固方案是有重大意义的。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，为解决现有技术之缺陷，本实用新型之目的就是提供一种煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，可有效解决顶板失稳模式的仿真模拟，探究顶板失稳的影响因素，确保顶板安全稳定的问题。
[0005]本实用新型解决的技术方案是，包括模型箱、加压装置和支架台，支架台由四条支腿通过底部四边形平板浇注固定在地面上，四条支腿支撑起实验平台，实验平台上装有一四边形凹槽，模型箱紧夹在凹槽内，模型箱包括龙门框架、前后挡板和底部挡板，三个挡板均可以拆卸，加压装置固定在龙门框架的上部。
[0006]本实用新型结构新颖合理，可以在模型箱内模拟仿真煤巷顶板的不同失稳模式，研究各因素对失稳模式的影响程度，确定顶板失稳前兆信息指标，对于预防顶板冒顶提供很大的帮助。
【附图说明】
[0007]图1为本实用新型的立体结构示意图。
[0008]图2为本实用新型的底部结构图。
[0009]图3为本实用新型的内部结构图。
【具体实施方式】
[0010]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0011]由图1-3给出，本实用新型包括模型箱、加压装置和支架台，支架台由四条支腿6通过底部四边形平板浇注固定在地面上，四条支腿6支撑起实验平台5，实验平台5上装有一四边形凹槽4，模型箱紧夹在凹槽4内，模型箱包括龙门框架1、前后挡板3和底部挡板7，三个挡板均可以拆卸，加压装置2固定在龙门框架I的上部。
[0012]所述的实验平台内的凹槽4是矩形的，由方钢焊接围接而成，凹槽4尺寸是2400 X 1200mm,中心处有2000 X 100mm的矩形孔。
[0013]所述的模型箱底部的尺寸是2400 X 1200mm，底部中心处有2000 X 100mm的矩形孔，模型箱前后挡板3是透明的玻璃钢平板，用螺栓固定前后挡板时，螺母和挡板之间一定要加垫片，底部挡板7用螺栓固定在实验平台上。
[0014]所述的加压装置2中有3排8列共24个油缸，圆柱形油缸下部连接有矩形平板，油缸通过连接油管与地面上的加压油泵相连。
[0015]为了达到使用效果，支架台的支腿6通过平板与地面连接之前，必须在地面上开挖一个基础坑，然后向坑内浇注混凝土，等混凝土干燥后方可向平板贯穿螺栓固定在混凝土上，这样做的目的是防止由于加压系统的加压导致支架台不稳定，模型箱产生晃动，引起不安全的事故；模型箱在固定前后挡板的时候，可用长角钢当垫片，角钢一端放在挡板的左边、另一端放在挡板的右边，用螺栓穿过挡板和角钢固定紧，这样可以防止透明的玻璃钢挡板由于受到加压装置的压力而膨胀变形；在向模型箱内填装配比的混凝土材料时，可事先先模型箱的框架上涂抹黄油，防止实验结束拆卸混凝土材料过程中，混凝土材料粘接在框架之上。
[0016]本实用新型的工作原理如下。
[0017]目前预防层状煤巷顶板冒顶事故的重要措施，应对层状结构顶板稳定性影响因素进行定性研究，受困于现场条件的限制，对失稳模式的研究尚只能存在于理论分析和数值分析过程中。本实用新型可以在实验室实时仿真煤巷层状顶板的情况，通过改变制作模型的围岩应力、顶板各层位厚度、顶板各层位物理力学性质和岩层倾角等条件，来模拟不同顶板的不同失稳模式。通过透明的玻璃钢挡板，观察不同失稳模式时各模型的变化情况，以及各因素的定量值大小，总结各因素对不同失稳模式的影响程度和不同失稳模式各因素可能的组合情况，最终结合实验过程结合理论分析和数值分析，预测顶板失稳前兆的各因素指标。根据实验得出的失稳前兆信息指标，通过观察实测煤矿巷道现场的各因素，当各因素达到失稳前兆指标时，积极采取主动支护加固的方式，避免煤巷产生冒顶事故，危害人身安全。
[0018]本实用新型的工作过程如下。
[0019]首先开挖基础坑、浇灌混凝土，将支架台用螺栓固定在地面上，模型箱紧夹在实验平台的凹槽内，确保不晃动，上紧底部挡板。其次确定实验方案，确定想要模拟的顶板四种失稳模式的类型，按照模型要求，配比混凝土材料，混凝土材料是根据相应失稳模式对应的岩层自身力学性质确定的；材料配比好后，将混凝土材料一层层铺在模型箱内，铺设的岩层厚度和倾角应与所要模拟仿真的失稳模式类型要求的相一致。然后卸掉模型箱的底部挡板，上紧前后挡板，开始给模型施加缓慢的压力。加压装置施加压力的过程中，压力一定要与相应失稳模式要求的压力相一致，并通过透明挡板实时观察模型的层理变化，并记录模型的各层位的厚度和倾角的变化，当达到要求的失稳模式时，停止加压。对比分析不同失稳模式状况下各因素的变化情况，得到析各因素对失稳模式的影响程度。
[0020]本实用新型结构装置新颖合理，是在根据现场顶板失稳现象模拟出来的煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，它可以直观系统的仿真煤矿层状顶板的四类失稳模式，又能观察每种失稳模式所对应的各因素的情况，并预测出极易失稳顶板的失稳前兆的各信息指标，应用于煤矿现场，可以准确确定煤巷层状顶板发生冒顶的时机，以及时采取主动支护的方式进行加固，这对于预防煤巷冒顶事故和煤矿安全生产有重大的意义。
【主权项】
1.一种煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，包括模型箱、加压装置和支架台，其特征在于，所述的支架台由四条支腿(6)通过底部四边形平板浇注固定在地面上，四条支腿(6)支撑起实验平台(5)，实验平台(5)上装有一四边形凹槽(4)，模型箱紧夹在凹槽(4)内，模型箱包括龙门框架(I)、前后挡板(3)和底部挡板(7)，三个挡板均可以拆卸，加压装置(2)固定在龙门框架(I)的上部。
2.根据权利要求1所述的煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，其特征在于，所述的实验平台内的凹槽(4)是矩形的，由方钢焊接围接而成，凹槽(4)尺寸是2400 X 1200mm,中心处有2000 X 100mm的矩形孔。
3.根据权利要求1所述的煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，其特征在于，所述的模型箱底部的尺寸是2400 X 1200mm,底部中心处有2000 X 100mm的矩形孔，模型箱前后挡板(3)是透明的玻璃钢平板，用螺栓固定前后挡板时，螺母和挡板之间一定要加垫片，底部挡板(7)用螺栓固定在实验平台上。
4.根据权利要求1所述的煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，其特征在于，所述的加压装置(2)中有3排8列共24个油缸，圆柱形油缸下部连接有矩形平板，油缸通过连接油管与地面上的加压油泵相连。
【专利摘要】本实用新型涉及煤矿巷道层状顶板失稳模式仿真综合实验装置，可有效解决顶板失稳模式的仿真模拟，确保顶板安全稳定的问题，其解决的技术方案是，包括模型箱、加压装置和支架台，支架台由四条支腿通过底部四边形平板浇注固定在地面上，四条支腿支撑起实验平台，实验平台上装有一四边形凹槽，模型箱紧夹在凹槽内，模型箱包括龙门框架、前后挡板和底部挡板，三个挡板均可以拆卸，加压装置固定在龙门框架的上部，本实用新型可以在模型箱内模拟仿真煤巷顶板的不同失稳模式，研究各因素对失稳模式的影响程度，确定顶板失稳前兆信息指标，对于预防顶板冒顶提供很大的帮助。
【IPC分类】G01N3-08
【公开号】CN204346833
【申请号】CN201520019600
【发明人】张荣花, 王昆, 李国甚, 王修峰, 樊克松
【申请人】河南理工大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月13日