砌体梁结构块体接触面应力分布形态的测试装置的制作方法

本发明涉及采矿工程顶板控制领域，更具体的说，涉及一种砌体梁结构块体接触面应力分布形态的测试装置。

背景技术：

地下煤炭资源开采引起上覆岩层的破断运动，引起采煤工作面矿山压力显现。工作面液压支架作为采场顶板控制的主要载体，科学确定合理地确定其工作阻力是确保矿井安全高效开采的基础。伴随着采煤工作面的向前推进，采场顶板岩层发生破断，关键块体之间相互铰接并以砌体梁结构的形式发生回转运动，并最终形成稳定的砌体梁结构。与此同时，砌体梁结构关键块体的动态回转运动，形成了采煤工作面的顶板来压过程。因此，掌握关键块体的动态运动规律，以确定合理的支架工作阻力，对科学控制采场顶板具有重要意义。然而，目前关于砌体梁结构关键块体回转运动过程中接触面挤压应力分布形态及其变化规律的研究较少，同时也缺乏相应的测试装置，尚不能准确表征砌体梁结构关键块体在回转运动过程中的受力状态及其变化规律，由此造成相关砌体梁结构铰接块体的稳定性计算存在误差，也降低了理论应用于现场顶板控制实践的准确性。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种砌体梁结构块体接触面应力分布形态的测试装置，该发明提高采场顶板控制的准确性及高效性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种砌体梁结构块体接触面应力分布形态的测试装置，包括压力机和测试系统，测试系统位于压力机的加载横梁下方，包括底座和岩石试件的固定架，底座开设若干底座限位孔，底座限位孔分为两组平行分布；固定架设置在底座的上表面，包括两个竖向固定板和两个横向固定板，两个竖向固定板竖直平行放置，两个竖向固定板分别垂直固定于两个横向固定板的中央，两个横向固定板通过定位螺栓固定于底座上表面，且两个横向固定板的边缘平行，横向固定板开设若干固定板限位孔，固定板限位孔的间距与底座限位孔间距相同，两个横向固定板的间距d通过定位螺栓穿过不同位置的固定板限位孔和底座限位孔调节；两个竖向固定板的内侧沿竖直方向设置若干等间距分布的卡位环，卡位环分为两列，分别位于竖向固定板的竖直边缘处，两个竖向固定板的内侧均水平设置回转轴，回转轴的两端分别穿过竖向固定板两端处于同一水平高度的卡位环，回转轴的高度通过插入竖向固定板的不同高度的卡位环调节，并在每个回转轴上焊接两个试件支架，试件支架位于回转轴两端的卡位环之间；第一岩石试件和第二岩石试件分别放置在两个回转轴的试件支架上，在两个岩石试件之间的接触面设置薄膜应力测试仪；第一岩石试件底部连接测试第一岩石试件下沉位移的位移传感器，加载横梁底部的岩石块体加载盘紧贴在第一岩石试件顶部，压力机加压通过岩石块体加载盘挤压第一岩石试件。

进一步，底座限位孔为通孔。

进一步，卡位环为两端水平且中部凸起的ω型，两端通过焊接或螺栓固定于竖向固定板内侧。

进一步，薄膜应力测试仪和位移传感器分别与计算机连接，并将所测数据传输至计算机。

进一步，薄膜应力测试仪位于第二岩石试件或第一岩石试件的接触面。

进一步，试件支架包括角钢和合页，合页焊接在角钢的外侧，合页的转轴处焊接在回转轴上。

综上所述，发明具有以下有益效果：

本发明能够准确掌握工作面顶板砌体梁结构关键块体接触面应力分布形态及其演化规律，提高采煤工作面支架工作阻力的准确性和合理性，安全性高，适用性较强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的试件支架的结构示意图；

图3为卡位环结构示意图。

图中：1-第一岩石试件，2-竖向固定板，3-卡位环，4-回转轴，5-固定板限位孔，6-横向固定板，7-底座，8-底座限位孔，9-定位螺栓，10-合页，11-角钢，12-薄膜应力测试仪，13-位移传感器，14-计算机，15-第二岩石试件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种砌体梁结构块体接触面应力分布形态的测试装置，包括压力机和测试系统，测试系统位于压力机的加载横梁下方，包括底座7和岩石试件的固定架，底座7开设若干底座限位孔8，底座限位孔8分两组平行分布，底座限位孔8为通孔。

固定架设置在底座7的上表面，包括两个竖向固定板2和两个横向固定板6，两个竖向固定板2竖直平行放置，两个竖向固定板2分别垂直固定于两个横向固定板6中央，两个横向固定板6通过定位螺栓9固定于底座7上表面，且两个横向固定板6的边缘平行，横向固定板6开设若干固定板限位孔5，固定板限位孔5的间距与底座限位孔8的间距相同，两个横向固定板6的间距d通过定位螺栓9穿过底座7上分布的不同位置的固定板限位孔5和横向固定板6上不同位置的底座限位孔8调节，间距d根据岩石试件的大小进行调节，使得两个岩石试件位于两个竖向固定板之间并接触。

竖向固定板2的内侧两端沿竖直方向设置若干等间距分布的卡位环3，如图3所示，卡位环3为两端水平且中部凸起的ω型，两端通过焊接或螺栓固定于竖向固定板2内侧，卡位环3分为两列，分别位于竖向固定板2的竖直边缘处，两个竖向固定板2的内侧均水平设置回转轴4，回转轴4的两端分别穿过竖向固定板2两端处于同一水平高度的的卡位环3，回转轴4的高度通过插入竖向固定板2的不同高度的卡位环3进行调节，并在每个回转轴4上焊接两个试件支架，试件支架位于回转轴4两端的卡位环3之间；如图2所示，试件支架包括角钢11和合页10，合页10焊接在角钢11的外侧，合页10的转轴处焊接在回转轴4上。

第一岩石试件1和第二岩石试件15分别放置在两个回转轴4的试件支架上，在两个岩石试件之间的接触面设置薄膜应力测试仪12，薄膜应力测试仪12位于第二岩石试件15或第一岩石试件1的接触面，用于测试不同岩石试件在回转运动过程中接触面的应力分布形态；第一岩石试件1底部连接测试岩石试件位移的位移传感器13，加载横梁底部的岩石块体加载盘紧贴在第一岩石试件1顶部，压力机加压通过岩石块体加载盘挤压第一岩石试件1；薄膜应力测试仪12和位移传感器13分别与计算机14连接，并将所测数据传输至计算机14，薄膜应力测试仪12选用tekscani-scan，位移传感器13型号为zhls125-1m；在压力机的岩石块体加载盘挤压下，位于薄膜应力测试仪12同一侧的回转轴4、试件支架和岩石试件能够当做一个整体，以同侧的回转轴4为轴进行转动。

本发明的装配过程及调节如下：竖向固定板2垂直放置于横向固定板6的中央，并将两个竖向固定板2平行放置，横向固定板6与竖向固定板2的材质均为钢板，二者焊接固定，并使用定位螺栓9将横向固定板6固定于底座7上，两个横向固定板6的间距d通过横向固定板6和底座7上的不同的限位孔调节；在两个竖向固定板2的内侧两端等间距焊接卡位环3，回转轴4使用高强度钢筋，回转轴4两端穿过卡位环3，回转轴4保持水平状态，回转轴4的高度通过卡位环3调节，两个回转轴的高度差能够用于模拟工作面采高对顶板岩层砌体梁结构关键块体回转过程中接触面应力分布形态的影响；将合页10焊接在角钢11的外侧，角钢11两边夹角90°，将二者作为试件支架整体焊接在回转轴4上，在压力机的岩石块体加载盘挤压作用下，回转轴4、试件支架和两个岩石试件以回转轴4为轴转动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。