专利名称：巷帮充填体承载性能的原位测试系统及其测试方法
技术领域：
本发明涉及一种工程岩土体承载性能的测试技术，尤其是巷帮充填体承载性能的原位测试技术。
背景技术：
沿空留巷技术一直是我国煤炭开采的重要技术发展方向，它对提高煤炭资源回收率、降低巷道掘进率、缓解采掘接替矛盾和实现矿井安全高效开采有显著效果。近年来，随着国家对矿山环境的越发重视，煤矿绿色开采技术得到了大力推广，而沿空留巷技术也普遍开始采用巷帮充填方式进行护巷，目前常用的充填材料主要包括:混凝土、料石、矸石、膏体、高水等，这些材料的物理力学性能与沿空留巷的效果密切相关。巷帮充填体的强度、变形模量等物理力学参数的获取对留巷设计具有直接的指导作用，但目前的充填体承载性能测试都局限于实验室内进行，通常是制作成小尺度试件在压力试验机上完成测试。这样不可避免的带来了两个方面的问题:(1)实验室内制作的试件尺寸与现场相比，不仅在平面上尺度偏小，而且高度也有一定差异，也很难考虑到充填材料间的接触情况，这样测试的结果不能准确反映出现场充填墙体的真实承载性能；(2)现场中巷帮充填体是堆砌在巷道底板上的，对顶板的支护作用是由“充填体-底板”系统共同承担，而在实验室内很难实现这种系统的测试。因此，进行井下原位测试是一种准确、快速获取沿空留巷充填体承载性能的有效方法，该方法至今尚未有相关文献报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下沿空留巷充填体承载性能的原位测试系统。本发明同时提供利用这种测试系统对井下沿空留巷充填体承载性能进行测试的方法。为解决上述技术问题，本发明测试系统所采用的技术方案是:一种巷帮充填体承载性能的原位测试系统，其特征在于，它由加载控制系统、压力支撑系统和位移测量系统组成，其中:所述的加载系统是由乳化液泵站、加载控制箱和单体液压支柱连接组成；加载控制箱是一个带有进液口和出液口的高压油箱；进液口通过进液阀门与乳化液泵站接通，出液口与单体液压支柱的高压管路接通；高压油箱上连接一个反映出单体液压支柱支撑力的测压表；所述的压力支撑系统包括顶梁和承压板；要求承压板的厚度不小于20_，承压板的长度大于充填体上表面的长度，在承压板上表面均匀焊接有柱窝；所述的位移测量系统依次由垫块、安放在垫块上的底座和电子游标卡尺构成；底座是一个带有凹槽的方形木块；电子游标卡尺竖直插入在底座凹槽内。为了使测试结果更加准确，所述的单体液压支柱优选6-9根，这时，高压油箱的出液口也相应为6-9个。本发明测试系统的测试方法是:包括以下步骤:第一步:清理巷帮充填的巷道，按常规方法堆砌充填体，充填堆砌到离巷道顶板的足以安放单体液压支柱的高度时，在充填体上表面安放承压板；承压板伸出充填体侧向后处于悬臂状态；第二步:在悬臂下面的巷道底板上依次布置垫块和带有凹槽的底座；将电子游标卡尺竖直插入到底座凹槽内，使电子游标卡尺的移动外量爪顶在承压板悬臂处；第三步:将单体液压支柱安放到承压板上的柱窝内，当单体液压支柱垂直摆正后，在单体液压支柱与巷道顶板之间安放上顶梁；同时将乳化液泵站、加载控制箱、单体液压支柱三者通过高压管路相连接；第四步:开启加载控制箱上的进液阀门，使单体液压支柱托顶梁缓慢升起，当顶梁与巷道顶板刚好接触时，关闭阀门，记录下电子游标卡尺的初始读数；然后重新开启加载控制箱上的阀门，使单体液压支柱通过承压板向充填体施加压力，在施压过程中，游标卡尺每移动一定的距离，记录相应的压力表压力值；通过压力值和移动值换算出加载过程中不同时刻的充填体应力值O及应变值e ;应力换算公式如下:
权利要求
1.一种巷帮充填体承载性能的原位测试系统，其特征在于，它由加载控制系统、压力支撑系统和位移测量系统组成，其中: 所述的加载系统是由乳化液泵站、加载控制箱和单体液压支柱连接组成；加载控制箱是一个带有进液口和出液口的高压油箱；进液口通过进液阀门与乳化液泵站接通，出液口与单体液压支柱的高压管路接通；高压油箱上连接一个反映出单体液压支柱支撑力的测压表; 所述的压力支撑系统包括顶梁和承压板；要求承压板的厚度不小于20mm，承压板的长度大于充填体上表面的长度，在承压板上表面均匀焊接有柱窝； 所述的位移测量系统依次由垫块、安放在垫块上的底座和电子游标卡尺构成；底座是一个带有凹槽的方形木块；电子游标卡尺竖直插入在底座凹槽内。
2.如权利要求1所述的原位测试系统，其特征在于，所述的单体液压支柱为6-9根，高压油箱的出液口也相应为6-9个。
3.如权利要求1或2所述的原位测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步:清理巷帮充填的巷道，按常规方法堆砌充填体，充填堆砌到离巷道顶板的足以安放单体液压支柱的高度时，在充填体上表面安放承压板；承压板伸出充填体侧向后处于悬臂状态； 第二步:在悬臂下面的巷道底板上依次布置垫块和带有凹槽的底座；将电子游标卡尺竖直插入到底座凹槽内，使电子游标卡尺的移动外量爪顶在承压板悬臂处； 第三步:将单体液压支柱安放到承压板上的柱窝内，当单体液压支柱垂直摆正后，在单体液压支柱与巷道顶板之间安放上顶梁；同时将乳化液泵站、加载控制箱、单体液压支柱三者通过高压管路相连接；第四步:开启加载控制箱上的进液阀门，使单体液压支柱托顶梁缓慢升起，当顶梁与巷道顶板刚好接触时，关闭阀门，记录下电子游标卡尺的初始读数；然后重新开启加载控制箱上的阀门，使单体液压支柱通过承压板向充填体施加压力，在施压过程中，游标卡尺每移动一定的距离，记录相应的压力表压力值； 通过压力值和移动值换算出加载过程中不同时刻的充填体应力值O及应变值e ； 应力换算公式如下:
全文摘要
本发明公开了一种巷帮充填体承载性能的原位测试系统及其测试方法，它由加载控制系统、压力支撑系统和位移测量系统组成；利用加载控制系统对压力支撑系统进行施压，在施压过程中，位移测量系统的游标卡尺每移动一定的距离，记录相应的压力表压力值；通过压力值和移动值换算出加载过程中不同时刻的充填体应力值及应变值；根据应力值及应变值做出加载过程中充填体的应力-应变关系曲线，从而确定出巷帮充填体的抗压强度和变形模量等承载性能参数。本发明从根本上消除现有的实验室内测试中的尺寸效应、试验环境等带来的影响，更能够真实的反映出充填体的工程力学特性。
文档编号G01N3/10GK103115821SQ20131001651
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月16日 优先权日2013年1月16日
发明者赵同彬, 刘长雷, 谭云亮, 马成甫, 刘鹏程 申请人:山东科技大学